本书是J.W.Goodman所著《统计光学》的第二版。
本书秉承第一版的精神，用通信理论中的概率统计方法，研究光场本身、光传播过程及检测接收时的随机涨落。它既是一门应用科学，在信息光学中有广泛的应用，又涉及对于光的本性的理解，同光学中的其他分支有着密切联系，它的基础知识已经成为光学工作者的必备知识。
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中文第二版前言
第二版序
中文（初）版序言
初版序
第一章 引言 1
1.1 确定性的与统计的现象和模型 1
1.2 光学巾的统计现象 2
1.3 本书内容概述 4
第二章 随机变量 5
2.1 概率的定义和随机变量 5
2.2 分布函数和密度函数 6
2.3 推广到两个或多个联合随机变量 9
2.4 统计平均 11
2.4.1 随机变量的矩 12
2.4.2 多个随机变量的联合矩 12
2.4.3 特征函数和矩生成函数 14
2.5 随机变量的变换 16
2.5.1 普遍变换 16
2.5.2 单调变换 18
2.5.3 多元变换 20
2.6 实数随机变量之和 21
2.6.1 求Pz(z)的两种方法 22
2.6.2 独立随机变量 23
2.6.3 中心极限定理 24
2.7 Gauss型随机变量 25
2.7.1 定义 25
2.7.2 Gauss型随机变量的特殊性质 27
2.8 复数值随机变量 29
2.8.1 一般描述 29
2.8.2 复数Gauss型随机变量 30
2.8.3 复数值Gauss矩定理 32
2.9 随机相矢量和 33
2.9.1 初始假设 33
2.9.2 均值、方差和相关系数的计算 34
2.9.3 长度和相位的统计 35
2.9.4 一个常相矢量加一个随机相矢量和 37
2.9.5 强恒定相矢量加一个弱随机相矢量和 40
2.10 Poisson随机变量 41
习题 41
第三章 随机过程 45
3.1 随机过程的定义和描述 45
3.2 平稳性和遍历性 47
3.3 随机过程的谱分析 51
3.3.1 已知函数的谱密度 51
3.3.2 随机过程的谱密度 52
3.3.3 随机过程经线性滤波后的能谱密度和功率谱密度 53
3.4 自相关函数和Wiener-Khinchin定理 55
3.4.1 定义及性质 55
3.4.2 与功率谱密度的关系 55
3.4.3 一个计算例子 57
3.4.4 自协方差函数和结构函数 59
3.5 变叉相关函数和交叉谱密度 59
3.6 Gauss型随机过程 61
3.6.1 定义 61
3.6.2 经过线性滤波后的Gauss型随机过程 62
3.6.3 广义平稳性和严格平稳性 63
3.6.4 四阶矩和高阶矩 63
3.7 Poisson脉冲过程 63
3.7.1 定义 63
3.7.2 从基本假设推导Poisson统计 66
3.7.3 从随机事件时间推导Poisson统计 67
3.7.4 Poisson过程的能谱密度和功率谱密度 68
3.7.5 双重随机Poisson过程 70
3.7.6 经过线性滤波的Poisson脉冲过程 72
3.8 从解析信号导出的随机过程 74
3.8.1 单色信号的复信号表示 74
3.8.2 非单色信号的复信号表示 75
3.8.3 复包络或随时间变化的相矢量 77
3.8.4 解析信号作为 复数值随机过程 77
3.9 圆形复数Gauss型随机过程 80
3.10 Karhunen-Loeve展开 81
习题 83
第四章 光的某些一阶统计性质 87
4.1 光的传播 87
4.1.1 单色光 87
4.1.2 非单色光 88
4.1.3 窄带光 89
4.1.4 强度或辐照度 90
4.2 热光 91
4.2.1 偏振热光 91
4.2.2 非偏振热光 94
4.3 部分偏振热光 95
4.3.1 窄带光通过偏振敏感系统 95
4.3.2 相干矩阵 97
4.3.3 偏振度 100
4.3.4 瞬时强度的一阶统计 102
4.4 单模激光 103
4.4.1 理想振荡 104
4.4.2 具有随机的瞬时频率的振荡 105
4.4.3 Van der Pol振子模型 106
4.4.4 激光器输出强度统计的一个更完备的解 112
4.5 多模激光 114
4.5.1 振幅统计 115
4.5.2 强度统计 116
4.6 激光通过变动的漫射体产生的赝热光 118
习题 119
第五章 光波的时间相干性和空间相干性 122
5.1 时间相干性 122
5.1.1 测量时间相干性的干涉仪 123
5.1.2 自相关函数对预言干涉图的作用 125
5.1.3 干涉图与光的功率谱密度的关系 127
5.1.4 Fourier变换光谱学 130
5.1.5 光学相干层析术 132
5.1.6 相干复用技术 137
5.2 空间相干性 138
5.2.1 Young氏实验 139
5.2.2 实验的数学描述 140
5.2.3 若干几何因素的考虑 143
5.2.4 准单色条件下的干涉 145
5.2.5 交叉谱密度和谱相干度 147
5.2.6 相干性的各种度量的小结 149
5.2.7 针孔有限大小的效应 150
5.3 窄间相干性与时间相干性的可分离性 151
5.4 互相干的传播 153
5.4.1 基于Huygens-Fresnel原理的解 153
5.4.2 支配互相干性传播的波动方程 155
5.4.3 交叉谱密度的传播 157
5.5 互相干函数的特殊形式 157
5.5.1 相干光场 158
5.5.2 非相干光场 160
5.5.3 Schell模型光场 161
5.5.4 准均匀光场 161
5.5.5 互强度函数的相干模式展开 162
5.6 部分相干光被一个透射结构衍射 162
5.6.1 薄透射结构对互强度的作用 163
5.6.2 观察到的强度图样的计算 163
5.6.3 讨论 165
5.6.4 一个实例 166
5.7 Van Cittert-Zernike定理 167
5.7.1 定理的数学推导 168
5.7.2 讨论 169
5.7.3 一个实例 170
5.8 广义Van Cittert-Zernike定理 173
5.9 统计平均相干性 l75
习题 177
第六章 涉及高阶相干性的 些问题 183
6.1 热光或膺热光的积分强度的统计性质 184
6.1.1 积分强度的均值与方差 184
6.1.2 积分光强概率密度函数的近似形式 187
6.1.3 积分光强概率密度函数的“精确”解 191
6.2 有限测量时间下互强度的统计特性 195
6.2.1 J12（T）的实部和虚部的矩 196
6.3 强度干涉仪的经典分析 200
6.3.1 振幅干涉度量学和强度干涉度量学 201
6.3.2 强度干涉仪的理想输出 202
6.3.3 干涉仪输出中的“经典”噪声或“自”噪声 205
习题 208
第七章 部分相干性对成像系统的影响 210
7.1 预备知识 210
7.1.1 部分相干光通过薄透射结构 210
7.1.2 Hopkins公式 212
7.1.3 焦平面到焦平面之间相干性的关系 214
7.1.4 般光学成像系统 214
7.2 像强度的空间域计算 216
7.2.1 计算照射到物体上互强度的一种方法 217
7.2.2 Zernike近似 217
7.2.3 临界照明和科勒照明 219
7.3 像强度谱的频率域计算 220
7.3.1 在频率域中互强度的关系 220
7.3.2 传递交叉系数 222
7.4 非相干极限和相干极限 224
7.4.1 非相干情况 225
7.4.2 相干情况 226
7.4.3 光学成像系统何时是完全相干的或者是完全非相干的？ 227
7.5 若干实例 229
7.5.1 两个相距很近的点的像 229
7.5.2 振幅阶跃的像 232
7.5.3 弧度相位阶跃的像 233
7.5.4 正弦振幅物体的像 233
7.6 在干涉度量过程中像的形成 236
7.6.1 成像系统作为一个干涉仪 236
7.6.2 非相干物体的情况 238
7.6.3 用干涉仪收集像的信息 240
7.6.4 Michelson测星干涉仪 242
7.6.5 相位信息的重要性 243
7.6.6 一维情况下的相位信息恢复 245
7.6.7 二维情况下的相位信息恢复——迭代相位恢复 247
7.7 相干成像中的散斑效应 249
7.7.1 散斑的起源和一阶统计 250
7.7.2 统计平均Van Cittert-Zernike定理 251
7.7.3 图像散斑的功率谱密度 253
7.7.4 散斑的抑制 255
习题 258
第八章 通过随机非均匀介质时的成像 261
8.1 薄随机屏对像质的影响 262
8.1.1 假设和简化 262
8.1.2 平均光学传递函数 263
8.1.3 平均点扩展函数 265
8.2 随机相位屏 265
8.2.1 一般表述 266
8.2.2 Gauss随机相位屏 266
8.2.3 相位方差很大时平均OTF和平均PSF的极限形式 270
8.3 当作厚相位屏的地球大气 272
8.3.1 定义和符号 273
8.3.2 大气模型 275
8.4 电磁波通过非均匀大气的传播 278
8.4.1 非均匀介质中的波动方程 278
8.4.2 Born近似 280
8.4.3 Rytov近似 281
8.4.4 强度统计 283
8.5 长曝光OTF 285
8.5.1 用波结构函数表示长曝光OTF 286
8.5.2 波结构函数的近场计算 289
8.5.3 折射率结构常数C2的平滑变化效应 294
8.5.4 大气相干直径r0 296
8.5.5 球面波的结构函数 298
8.5.6 推广到更长的传播路程——对数振幅和相位滤波函数 298
8.6 短曝光OTF 304
8.6.1 长曝光和短曝光的比较 304
8.6.2 平均短曝光OTF的计算 305
8.7 星体散斑干涉计量术 309
8.7.1 方法的原理 310
8.7.2 对方法的一个启发性分析 312
8.7.3 模拟 314
8.7.4 更完全的分析 316
8.8 交叉谱或Knox-Thompson技术 317
8.8.1 交叉谱传递函数 317
8.8.2 对的制约 318
8.8.3 模拟 319
8.8.4 从交叉谱复原物谱相位信息 320
8.9 双谱技术 321
8.9.1 双谱传递函数 322
8.9.2 从双谱中复原全部物的信息 323
8.10 自适应光学 324
8.11 理论结果的普遍性 327
8.12 激光照明的物通过有湍流的大气成像 328
习题 330
第九章 光的光电探测的基本限制 335
9.1 光电探测的半经典模型 335
9.2 经典光强的随机涨落的效应 337
9.2.1 十分稳定的单模激光器的光电计数统计 338
9.2.2 偏振热光的光电计数统计 339
9.2.3 偏振效应 342
9.2.4 空间相干性不完全的效应 344
9.3 简并参量 345
9.3.1 光电计数的涨落 346
9.3.2 黑体辐射的简并参量 348
9.3.3 读出噪声 351
9.4 振幅干涉仪在低光功率下的噪声限制 353
9.4.1 测量系统及待测的量 354
9.4.2 计数矢量的统计性质 355
9.4.3 离散Fourier变换作为估值工具 356
9.4.4 可见度和相位估值的精度 358
9.4.5 振幅干涉仪举例 361
9.5 强度干涉仪在低光功率下的噪声限制 361
9.5.1 强度干涉仪的计数方式 362
9.5.2 计数涨落乘积的期望值及其与条纹可见度的关系 362
9.5.3 和可见度估值关联的信噪比 364
9.5.4 强度干涉仪举例 366
9.6 星体散斑干涉计量术中的噪声限制 368
9.6.1 探测过程的连续模型 368
9.6.2 探测到的像的谱密度 370
9.6.3 像的谱密度估值的涨落 372
9.6.4 星体散斑干涉计量术的信噪比 374
9.6.5 结果的讨论 375
习题 376
附录A Fourier变换 380
A.1 Fourier变换的定义 380
A.2 Fourier变换的基本性质 381
A.3 Fourier变换表 383
附录B 随机相矢量和 385
附录C 大气滤波函数 389
附录D 星体散斑干涉仪分析 393
附录E 探测出的散斑像的谱的四阶矩 396
参考文献 399
汉英对照索引 411
译后记 428
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