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宋菲君，[美] S.Jutamulia 著

圖書標籤:

光學信息處理
傅裏葉光學
數字光學
圖像處理
光電子學
衍射光學
全息術
空間光調製器
光學計算
信息光學

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齣版社：北京大學齣版社

ISBN：9787301241950

版次：2

商品編碼：11485437

包裝：平裝

叢書名：中外物理學精品書係·前沿係列

開本：16開

齣版時間：2014-05-01

用紙：膠版紙

頁數：340

具體描述

編輯推薦

　　光學信息處理發展到今天，已經深入到人類工作和生活的方方麵麵。從天文觀測上的大項目，到日常生活中的寬帶網絡，光學信息處理都起著無可替代的作用。本書內容博大、講解細緻，是講解相關領域不可多得的優秀專著。本書的第一版已經産生瞭廣泛影響。第二版又對該領域的巨大的新發展做瞭詳細介紹。相信本書一定會成為光學信息處理領域的經典著作。

內容簡介

　　《近代光學信息處理（第二版）》論述光學信息處理的基本理論及重要應用，並介紹這一學科前沿的研究成果和發展動嚮。
　　全書共分九章，在基礎部分論述瞭傅裏葉光學原理，經典光學信息處理，非相乾光學信息處理，光電混閤處理，成像光學係統的傅裏葉分析和像質評價，空間光調製器等；在應用部分介紹瞭傅裏葉光學在光通信和天文觀察等領域中的應用；在有關章節介紹瞭傅裏葉變換光譜儀，光學斷層掃描成像（OCT），邁剋爾孫恒星乾涉儀，光學編碼-數字電子解碼物鏡景深擴展，光通信器件——聲光濾波器、可調路由器、光縴布拉格光柵、陣列波導光柵，討論瞭聲光頻移多普勒激光測速儀，恒星散斑圖信息處理在天文學雙星分辨中應用，大氣湍動成像的自適應光學信息處理。本書還簡要討論瞭近年發展起來的交叉學科——天文光子學，並在附錄中介紹瞭光子晶體學。
　　《近代光學信息處理（第二版）》可作為大學光電信息科學與工程、物理、應用物理、測控技術與儀器等專業高年級學生和研究生的教材或教學參考書，也可供有關專業從事研究開發的科技人員參考。

作者簡介

　　宋菲君，大恒新紀元科技股份有限公司副總裁兼總工程師,長期負責公司的國際業務。他是中國科學院研究員，擔任博士生導師和博士後聯係導師，中國物理學會理事，美國國際光學工程學會資深會員(Fellow SPIE)。他長期從事光學領域的科研和開發，獲得多項奬勵，發錶多篇學術論文和著作，獲得多項專利。1986年榮獲"國傢級有突齣貢獻中青年科技專傢"稱號，1988年獲得"北京市有突齣貢獻科技專傢"稱號，享受國務院特殊津貼。

第1章　光學信息處理簡介………………………………………………………… 1
　　§1.1　圖形圖像的空間頻率與光柵衍射…………………………………… 1
　　　　1.1.1　圖形圖像的低頻和高頻……………………………………………… 1
　　　　1.1.2　光柵衍射…………………………………………………………… 2
　　　　1.1.3　透鏡的變換效應……………………………………………………… 3
　　§1.2　透鏡聚焦和準直的傅裏葉變換功能………………………………… 3
　　　　1.2.1　平麵波……………………………………………………………… 3
　　　　1.2.2　用透鏡實現傅裏葉變換……………………………………………… 4
　　　　1.2.3　平移不變性………………………………………………………… 6
　　§1.3　低頻濾波和柵格消除術……………………………………………… 7
　　§1.4　遠場衍射的傅裏葉變換特性………………………………………… 7
　　　　1.4.1　遠場衍射的近似處理………………………………………………… 7
　　　　1.4.2　遠場衍射的傅裏葉變換解…………………………………………… 8
　　§1.5　光學圖像識彆和楊氏乾涉實驗……………………………………… 9
　　　　1.5.1　光學圖像識彆………………………………………………………… 9
　　　　1.5.2　楊氏乾涉實驗………………………………………………………… 9
　　§1.6　結論…………………………………………………………………… 11
第2章　傅裏葉光學基礎………………………………………………………… 13
　　§2.1　二維傅裏葉分析……………………………………………………… 13
　　　　2.1.1　定義及存在條件…………………………………………………… 13
　　　　2.1.2　δ函數的傅裏葉變換………………………………………………… 13
　　　　2.1.3　傅裏葉變換的基本性質……………………………………………… 14
　　　　2.1.4　捲積……………………………………………………………… 15
　　　　2.1.5　相關、Parseval定理和功率譜………………………………………… 17
　　　　2.1.6　特殊函數及其傅裏葉變換…………………………………………… 19
　　　　2.1.7　傅裏葉-貝塞爾變換………………………………………………… 21
　　　　2.1.8　二維傅裏葉變換錶………………………………………………… 22
　　§2.2　平麵波的角譜和標量衍射…………………………………………… 23
　　　　2.2.1　角譜……………………………………………………………… 23
　　　　2.2.2　角譜的傳播………………………………………………………… 25
　　　　2.2.3　菲涅耳衍射………………………………………………………… 25
　　　　2.2.4　夫琅禾費衍射……………………………………………………… 26
　　§2.3　透鏡係統的傅裏葉變換性質………………………………………… 28
　　　　2.3.1　光學傅裏葉變換器………………………………………………… 28
　　　　2.3.2　透鏡傅裏葉變換的嚴格推導………………………………………… 29
　　§2.4　空間帶寬積和不確定關係式………………………………………… 33
　　　　2.4.1　孔徑函數和帶限信號……………………………………………… 33
　　　　2.4.2　係統的分辨率……………………………………………………… 34
　　　　2.4.3　等效帶寬和不確定關係……………………………………………… 35
　　　　2.4.4　廣義不確定關係的嚴格推導………………………………………… 36
　　參考文獻……………………………………………………………………… 38
第3章　經典光學信息處理……………………………………………………… 39
　　§3.1　引言…………………………………………………………………… 39
　　§3.2　光學信息處理的早期發展…………………………………………… 39
　　§3.3　傅裏葉處理器………………………………………………………… 41
　　§3.4　綫性空間不變係統與傳遞函數……………………………………… 44
　　　　3.4.1　綫性係統與捲積…………………………………………………… 44
　　　　3.4.2　綫性空間不變係統………………………………………………… 45
　　§3.5　傅裏葉變換透鏡……………………………………………………… 46
　　§3.6　空間濾波……………………………………………………………… 50
　　§3.7　照相圖像的恢復……………………………………………………… 52
　　§3.8　全息術………………………………………………………………… 53
　　§3.9　傅裏葉變換全息圖…………………………………………………… 54
　　§3.10　光學相關和捲積…………………………………………………… 57
　　§3.11　結論………………………………………………………………… 60
　　參考文獻……………………………………………………………………… 60
第4章　非相乾光學信息處理…………………………………………………… 62
　　§4.1　引言…………………………………………………………………… 62
　　§4.2　楊氏乾涉儀和空間相乾性…………………………………………… 62
　　§4.3　非相乾像的形成……………………………………………………… 65
　　§4.4　MTF的測量………………………………………………………… 66
　　§4.5　非相乾空間濾波……………………………………………………… 68
　　§4.6　投影顯示的消像素技術……………………………………………… 69
2 近代光學信息處理
　　§4.7　邁剋耳孫乾涉儀和時間相乾性……………………………………… 71
　　§4.8　傅裏葉變換光譜儀…………………………………………………… 72
　　§4.9　光學相乾層析術……………………………………………………… 74
　　§4.10　計算層析術………………………………………………………… 78
　　§4.11　邁剋耳孫恒星乾涉儀……………………………………………… 80
　　§4.12　結論………………………………………………………………… 82
　　參考文獻……………………………………………………………………… 83
第5章　光電混閤處理…………………………………………………………… 84
　　§5.1　引言…………………………………………………………………… 84
　　§5.2　聯閤傅裏葉變換……………………………………………………… 84
　　　　5.2.1　經典聯閤傅裏葉變換……………………………………………… 84
　　　　5.2.2　實時聯閤傅裏葉相關器……………………………………………… 86
　　　　5.2.3　光電混閤處理聯閤變換相關器……………………………………… 90
　　　　5.2.4　鏇轉不變聯閤相關器……………………………………………… 91
　　§5.3　波前編碼景深擴展技術……………………………………………… 92
　　§5.4　串色處理景深擴展技術……………………………………………… 95
　　§5.5　光場相機數字再聚焦技術…………………………………………… 97
　　§5.6　運用恒星散斑乾涉術分辨雙星…………………………………… 101
　　　　5.6.1　引言……………………………………………………………… 101
　　　　5.6.2　恒星散斑乾涉術應用於雙星的分辨………………………………… 102
　　　　5.6.3　恒星散斑圖信息處理……………………………………………… 103
　　　　5.6.4　恒星散斑乾涉術的應用…………………………………………… 104
　　參考文獻……………………………………………………………………… 106
第6章　成像係統的傅裏葉分析和像質評價…………………………………… 108
　　§6.1　幾何光學基礎(Ⅰ) ………………………………………………… 109
　　　　6.1.1　一般模型………………………………………………………… 109
　　　　6.1.2　薄透鏡成像……………………………………………………… 109
　　　　6.1.3　用雙膠閤透鏡校正球差和色差…………………………………… 110
　　　　6.1.4　二級光譜和復消色差……………………………………………… 112
　　　　6.1.5　柯剋三片式、天塞和雙高斯物鏡…………………………………… 113
　　　　6.1.6　光闌和光瞳,空間帶寬積…………………………………………… 114
　　§6.2　幾何光學基礎(Ⅱ) ………………………………………………… 116
　　　　6.2.1　主麵和焦麵……………………………………………………… 116
　　　　6.2.2　係統總長和後工作距,遠攝和反遠攝物鏡…………………………… 116
目　　錄3
　　　　6.2.3　單色光橫嚮像差和特性麯綫……………………………………… 119
　　　　6.2.4　彌散斑…………………………………………………………… 121
　　　　6.2.5　橫嚮色差………………………………………………………… 121
　　　　6.2.6　畸變……………………………………………………………… 121
　　　　6.2.7　遠心物鏡用於機器視覺…………………………………………… 122
　　　　6.2.8　光學設計和典型成像物鏡………………………………………… 123
　　§6.3　相乾光和非相乾光成像…………………………………………… 124
　　　　6.3.1　衍射極限條件下的脈衝響應和疊加積分…………………………… 124
　　　　6.3.2　相乾光傳遞函數…………………………………………………… 126
　　　　6.3.3　非相乾光點擴散函數和光學傳遞函數……………………………… 128
　　　　6.3.4　衍射極限非相乾光學係統的點擴散函數和光學傳遞函數…………… 129
　　§6.4　光學傳遞函數……………………………………………………… 131
　　　　6.4.1　圖像的空間頻率概念……………………………………………… 131
　　　　6.4.2　像差對光學傳遞函數的影響……………………………………… 132
　　　　6.4.3　光學傳遞函數用於光學設計評價…………………………………… 134
　　　　6.4.4　探測器陣列CCD,CMOS和器件截止頻率………………………… 136
　　　　6.4.5　探測器和光學係統的匹配………………………………………… 136
　　§6.5　光學傳遞函數的測量……………………………………………… 138
　　　　6.5.1　綫擴散函數……………………………………………………… 138
　　　　6.5.2　光學傳遞函數的測量……………………………………………… 139
　　參考文獻……………………………………………………………………… 141
第7章　空間光調製器…………………………………………………………… 142
　　§7.1　概論………………………………………………………………… 142
　　　　7.1.1　空間調製器的意義及分類………………………………………… 142
　　　　7.1.2　空間光調製器的分類……………………………………………… 143
　　　　7.1.3　電尋址空間光調製器……………………………………………… 143
　　　　7.1.4　光尋址空間光調製器……………………………………………… 144
　　　　7.1.5　常用的空間光調製器……………………………………………… 145
　　§7.2　液晶的扭麯效應及薄膜晶體管驅動液晶顯示器(TFT-LCD)…… 146
　　　　7.2.1　液晶……………………………………………………………… 146
　　　　7.2.2　偏振光在扭麯介質中的傳播……………………………………… 147
　　　　7.2.3　扭麯嚮列液晶盒的工作原理……………………………………… 150
　　　　7.2.4　有源矩陣驅動液晶顯示器(TFT-LCD)……………………………… 150
　　　　7.2.5　LCD平闆顯示和投影顯示………………………………………… 151
§7.3　液晶光閥(LCLV) ………………………………………………… 153
　　　　7.3.1　LCLV的讀齣光路………………………………………………… 153
　　　　7.3.2　液晶光閥的結構和工作原理……………………………………… 154
　　§7.4　矽基液晶(LCOS)空間光調製器…………………………………… 155
　　§7.5　數字光處理(DLP)和數字化投影………………………………… 157
　　　　7.5.1　DMD的結構和工作原理…………………………………………… 157
　　　　7.5.2　順序顔色模式單闆投影機………………………………………… 158
　　　　7.5.3　空間分色模式三闆投影機………………………………………… 159
　　　　7.5.4　DMD製作工藝簡介……………………………………………… 160
　　　　7.5.5　DLP數字投影技術的特點………………………………………… 160
　　　　7.5.6　DLP的應用……………………………………………………… 162
　　§7.6　DLP在可調諧光縴激光器中的應用……………………………… 162
　　參考文獻……………………………………………………………………… 166
第8章　傅裏葉光學在光通信中的應用………………………………………… 168
　　§8.1　光縴通信基礎及發展史簡介……………………………………… 168
　　　　8.1.1　光縴……………………………………………………………… 168
　　　　8.1.2　光在光縴中的傳播和光縴的數值孔徑……………………………… 168
　　　　8.1.3　光通信常用波段和傳輸容量……………………………………… 169
　　　　8.1.4　光縴通信的早期創新……………………………………………… 171
　　　　8.1.5　兩次重大技術革命:摻鉺光縴放大和波分復用……………………… 171
　　　　8.1.6　光通信係統的最新進展和2009年諾貝爾物理學奬………………… 173
　　§8.2　光波在光縴中的傳播……………………………………………… 174
　　　　8.2.1　弱導引光縴……………………………………………………… 174
　　　　8.2.2　橫嚮傳播常數、衰減係數和V參數………………………………… 174
　　　　8.2.3　導模……………………………………………………………… 175
　　　　8.2.4　LP模的特徵方程………………………………………………… 176
　　　　8.2.5　LP模的截止頻率………………………………………………… 177
　　　　8.2.6　光強分布………………………………………………………… 178
　　　　8.2.7　基模LP01(HE11)和單模光縴……………………………………… 178
　　　　8.2.8　V 參數很大時特性麯綫的近似解和多模光縴的模數………………… 180
　　§8.3　縱嚮分布光學信息的傅裏葉光學處理…………………………… 181
　　　　8.3.1　微分形式的摺射和反射定律……………………………………… 181
　　　　8.3.2　縱嚮分布光學信息的遠場衍射…………………………………… 182
　　§8.4　聲光布拉格效應的傅裏葉分析…………………………………… 184
目　　錄5
　　　　8.4.1　聲光布拉格效應…………………………………………………… 184
　　　　8.4.2　聲光布拉格效應的傅裏葉分析…………………………………… 185
　　　　8.4.3　各嚮同性介質中的聲光布拉格衍射………………………………… 188
　　　　8.4.4　布拉格反射器……………………………………………………… 189
　　　　8.4.5　各嚮異性介質中的布拉格衍射…………………………………… 189
　　　　8.4.6　帶寬……………………………………………………………… 190
　　§8.5　聲光頻移多普勒激光測速儀……………………………………… 191
　　　　8.5.1　多普勒效應……………………………………………………… 191
　　　　8.5.2　聲光頻移激光多普勒測速儀……………………………………… 192
　　　　8.5.3　聲光頻移多普勒測速儀輸齣光場的傅裏葉分析…………………… 193
　　　　8.5.4　聲光頻移組件……………………………………………………… 194
　　§8.6　聲光偏振轉換濾波和可調路由器………………………………… 195
　　　　8.6.1　聲光偏振轉換可調諧濾波器……………………………………… 195
　　　　8.6.2　聲光偏振分束器和聲光可調路由器………………………………… 197
　　§8.7　光縴光柵工作原理的傅裏葉分析………………………………… 199
　　　　8.7.1　導言———光縴光柵的製作………………………………………… 199
　　　　8.7.2　切趾術…………………………………………………………… 200
　　§8.8　光縴布拉格光柵在光通信中的應用……………………………… 202
　　　　8.8.1　光縴濾波器……………………………………………………… 203
　　　　8.8.2　光縴激光器……………………………………………………… 204
　　　　8.8.3　色散補償器……………………………………………………… 205
　　　　8.8.4　EDFA的增益平坦………………………………………………… 206
　　　　8.8.5　光上下路復用器…………………………………………………… 207
　　§8.9　陣列波導光柵……………………………………………………… 208
　　　　8.9.1　陣列波導光柵工作原理…………………………………………… 208
　　　　8.9.2　色散……………………………………………………………… 209
　　　　8.9.3　AWG對於WDM 信號的響應和綫性濾波………………………… 210
　　　　8.9.4　光譜綫寬和分辨率………………………………………………… 210
　　　　8.9.5　自由光譜範圍和精細度…………………………………………… 211
　　§8.10　AWG在光通信中的應用………………………………………… 212
　　　　8.10.1　AWG復用/解復用器…………………………………………… 212
　　　　8.10.2　光濾波器………………………………………………………… 213
　　　　8.10.3　波導光柵路由器………………………………………………… 214
　　　　8.10.4　光分插復用器…………………………………………………… 214
6 近代光學信息處理
　　　　8.10.5　AWG光譜分析儀………………………………………………… 215
　　　　8.10.6　色散補償………………………………………………………… 216
　　　　8.10.7　多波長光源……………………………………………………… 216
　　參考文獻……………………………………………………………………… 217
第9章　天文觀測中的光信息處理和天文光子學……………………………… 222
　　§9.1　引言………………………………………………………………… 222
　　　　9.1.1　天文學和天文觀測………………………………………………… 222
　　　　9.1.2　天文觀測波段和觀測係統構成…………………………………… 222
　　　　9.1.3　大型和巨型光學/紅外望遠鏡……………………………………… 223
　　　　9.1.4　成像質量評價指標………………………………………………… 224
　　　　9.1.5　成像質量的改善,主動光學和自適應光學…………………………… 225
　　　　9.1.6　近代天文圖像信息處理和天文光子學……………………………… 227
　　§9.2　大氣湍動成像信息處理…………………………………………… 228
　　　　9.2.1　大氣湍動模型……………………………………………………… 228
　　　　9.2.2　點光源(恒星)、擴展光源(行星)和空間相乾範圍的橫嚮綫度………… 229
　　　　9.2.3　長曝光成像傳遞函數和Fried參數r0 ……………………………… 230
　　　　9.2.4　等效帶寬、分辨率和大氣視寜度…………………………………… 233
　　　　9.2.5　短曝光成像和“luckyimaging”……………………………………… 234
　　　　9.2.6　等暈區域………………………………………………………… 235
　　§9.3　運用自適應光學校正波麵畸變…………………………………… 236
　　　　9.3.1　相位補償基本原理………………………………………………… 236
　　　　9.3.2　波前畸變的分階…………………………………………………… 237
　　　　9.3.3　單共軛自適應光學相位探測和校正係統…………………………… 237
　　　　9.3.4　抽樣間隔………………………………………………………… 240
　　　　9.3.5　斯特列爾比和AO校正像的評價…………………………………… 241
　　　　9.3.6　自適應光學應用於天文觀測的早期成果…………………………… 241
　　　　9.3.7　激光引導星……………………………………………………… 242
　　　　9.3.8　自適應天文學的科學成果………………………………………… 244
　　§9.4　多模光縴與望遠鏡輸齣圖像的耦閤……………………………… 245
　　　　9.4.1　用光縴傳輸天體的像……………………………………………… 246
　　　　9.4.2　etendue分析……………………………………………………… 247
　　　　9.4.3　多模光縴的模數M 與etendue的關係……………………………… 248
　　§9.5　用復閤光縴光柵實現紅外OH 發射譜綫的濾波………………… 248
　　　　9.5.1　近紅外夜空的OH 背景輻射……………………………………… 248
目　　錄7
　　　　9.5.2　布拉格光縴光柵的逆命題………………………………………… 249
　　　　9.5.3　運用非周期布拉格光縴光柵濾波器抑製OH 發射譜綫……………… 250
　　§9.6　多模光縴和單模光縴束的耦閤———“光子燈籠” ………………… 251
　　　　9.6.1　“光子燈籠” ……………………………………………………… 251
　　　　9.6.2　“光子燈籠”傳輸過程的熵………………………………………… 253
　　§9.7　光子集成多模光譜儀和陣列波導光柵…………………………… 255
　　　　9.7.1　引言……………………………………………………………… 255
　　　　9.7.2　光子集成多模光譜儀……………………………………………… 255
　　　　9.7.3　陣列波導光柵簡介………………………………………………… 256
　　　　9.7.4　集成光子光譜儀…………………………………………………… 258
　　　　9.7.5　集成光子光譜儀的初步結論和展望………………………………… 260
　　§9.8　集成駐波傅裏葉變換光譜儀……………………………………… 261
　　　　9.8.1　引言……………………………………………………………… 261
　　　　9.8.2　集成駐波傅裏葉變換光譜分析…………………………………… 261
　　　　9.8.3　討論……………………………………………………………… 263
　　　　9.8.4　天文光子學小結…………………………………………………… 264
　　參考文獻……………………………………………………………………… 264
附錄A　偏振光在綫性扭麯介質中的傳播……………………………………… 267
附錄B　光縴光柵耦閤模理論簡介……………………………………………… 271
　　§B.1　光縴光柵耦閤模理論……………………………………………… 271
　　§B.2　均勻光縴布拉格光柵的解析解…………………………………… 274
　　§B.3　非均勻光縴光柵的傳輸矩陣解析法……………………………… 276
附錄C　光子晶體………………………………………………………………… 278
　　§C.1　光子晶體的基本概念……………………………………………… 278
　　　　C.1.1　光波在晶體中的布拉格衍射……………………………………… 278
　　　　C.1.2　光子晶體的分類…………………………………………………… 281
　　　　C.1.3　光子晶體的原理和研究方法……………………………………… 283
　　　　C.1.4　光子晶體的性質…………………………………………………… 284
　　§C.2　光子晶體的製備方法……………………………………………… 286
　　　　C.2.1　自組織生長三維光子晶體………………………………………… 286
　　　　C.2.2　利用微加工技術製備平闆光子晶體………………………………… 289
　　§C.3　光子晶體光波導…………………………………………………… 291
　　　　C.3.1　光子晶體光波導原理……………………………………………… 291
8 近代光學信息處理
　　　　C.3.2　光子晶體光波導的構造…………………………………………… 292
　　　　C.3.3　光子晶體光波導的測量…………………………………………… 293
　　§C.4　光子晶體微腔激光器……………………………………………… 295
　　　　C.4.1　微腔激光器的特點與發展………………………………………… 295
　　　　C.4.2　光子晶體微腔激光器設計………………………………………… 296
　　　　C.4.3　電驅動單個缺陷微腔光子晶體激光器……………………………… 298
　　　　C.4.4　特殊結構光子晶體激光器………………………………………… 299
　　§C.5　光子晶體光縴……………………………………………………… 301
　　　　C.5.1　光子晶體光縴的傳輸性質………………………………………… 301
　　　　C.5.2　基於PCF的光器件……………………………………………… 303
　　參考文獻……………………………………………………………………… 306
名詞索引…………………………………………………………………………… 311
作者後記…………………………………………………………………………… 316