本书是一本全面介绍光学原理和应用的教材，其特色在于以相位贯穿全书，结合科研前沿内容，包括数字全息、叠层成像和光学加密等新兴光学技术，旨在为高等教育阶段的学生和专业人士提供深入了解光学领域的基础知识和关键概念。
在本书中，我们将以相位为核心概念，系统地讨论光的传播、衍射、干涉和偏振等各个方面，并强调相位在光学中的重要性和应用。本书的特点之一是注重理论与实践的结合，并提供了丰富的应用案例，帮助读者将理论知识与实际问题联系起来。此外，它还包含了实验室实践指导和计算机模拟的内容，以帮助读者巩固和应用所学的光学概念。
样章试读
目录
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前言
第1章 相位：又一新的 “维度” 1
1.1 相位概念对于光学的意义 3
1.2 光波复振幅 6
1.2.1 球面波的复振幅 13
1.2.2 平面波的复振幅 14
1.2.3 光波强度的表示 15
1.3 相位与振幅的互换 17
1.4 三维测量中的相位和相位包裹问题 19
1.5 扩展阅读：与相位概念相关的物理与数学背景 21
附录 24
习题 26
参考文献 27
第2章 空间频率 29
2.1 空间频率的引入 29
2.2 波的叠加 35
2.3 傅里叶变换 40
2.3.1 一维傅里叶变换 40
2.3.2 二维傅里叶变换 41
2.3.3 傅里叶变换的性质 43
2.3.4 常用傅里叶变换 44
2.4 空间频率的丢失、卷积的物理意义、成像系统的基本原理 45
2.4.1 卷积的一维定义 45
2.4.2 卷积的二维定义 47
2.4.3 卷积的物理意义 48
2.4.4 卷积定理 50
2.4.5 成像系统的基本原理 51
2.5 空间频率和抽样定理 53
2.5.1 二维抽样定理 54
2.5.2 函数的还原 55
2.5.3 空间带宽积 59
2.6 扩展阅读：结构光照明显微技术 60
习题 65
参考文献 67
第3章 透过率函数 68
3.1 衍射模型中被忽略的要素：透过率函数 68
3.1.1 含有透过率函数描述的衍射模型 68
3.1.2 透镜的相位调制作用 73
3.1.3 透过率函数的物理意义 76
3.2 衍射模型的基本猜想：惠更斯-菲涅耳原理 77
3.2.1 狭缝衍射 78
3.2.2 圆孔衍射 79
3.3 广义的透过率函数：传递函数和脉冲响应函数 81
3.3.1 脉冲响应 81
3.3.2 线性空不变系统 82
3.3.3 线性不变系统的传递函数 82
3.4 抽样定理模拟实验 86
附录 87
习题 88
参考文献 90
第4章 衍射模型 91
4.1 衍射模型的来历 91
4.2 标量衍射理论应用的前提 94
4.2.1 惠更斯-菲涅耳原理 94
4.2.2 亥姆霍兹方程 95
4.2.3 亥姆霍兹和基尔霍夫积分定理 96
4.2.4 基尔霍夫衍射公式 98
4.2.5 光波传播的性质 100
4.3 近场与远场衍射模型 101
4.3.1 菲涅耳衍射 101
4.3.2 夫琅禾费衍射 105
4.3.3 角谱衍射理论 114
4.4 衍射模型的数值模拟方法：以 Matlab 平台为例 (代码见附录) 116
4.5 扩展阅读：衍射模型的历史背景 119
4.6 运用衍射模型的模拟方法探索泰伯效应、贝塞尔光束等 122
4.6.1 泰伯效应 122
4.6.2 贝塞尔光束 124
附录 128
习题 130
参考文献 134
第5章 干涉模型 136
5.1 干涉与衍射的区别与联系 136
5.2 三种典型的干涉仪 137
5.2.1 迈克耳孙干涉仪 137
5.2.2 马赫-曾德尔干涉仪 138
5.2.3 萨格奈特干涉仪 139
5.2.4 Matlab 仿真 140
5.2.5 实验结果及分析 142
5.3 时间相干性和空间相干性 146
5.3.1 时间相干性 146
5.3.2 空间相干性 147
5.4 部分相干光理论与范西泰特-泽尼克定理 148
5.4.1 部分相干光理论 148
5.4.2 范西泰特-泽尼克定理 159
5.5 无处不在的干涉：引力波的测量及其他 161
5.5.1 激光干涉测量技术 161
5.5.2 光电外差检测技术 170
5.5.3 引力波 175
附录 184
习题 185
参考文献 189
第6章 透镜的变换作用 190
6.1 透镜的相位变换作用：最普遍的光学元件对于系统的地位 190
6.1.1 透镜的功能 190
6.1.2 双凸球面薄透镜的厚度方程 192
6.1.3 薄透镜对光场的作用 198
6.2 透镜与傅里叶变换 200
6.2.1 物体紧靠透镜 200
6.2.2 物体放置在透镜前方 201
6.2.3 物体放置在透镜后方 202
6.3 衍射的标准分析方法——空频对易：以透镜系统为例 203
6.4 像差的衍射分析 204
6.4.1 广义光瞳函数 205
6.4.2 像差对相干传递函数的影响 206
6.4.3 像差对光学传递函数的影响 207
6.4.4 像差对非相干传递函数的影响讨论 209
6.5 扩展阅读：物理光学中的广义 “透镜” 210
6.5.1 广义条件下透镜的相位变换因子 210
6.5.2 广义单透镜系统的傅里叶变换 212
6.5.3 Matlab 模拟 216
习题 218
参考文献 221
第7章 衍射视角下的光学成像 222
7.1 阿贝成像 222
7.1.1 阿贝成像原理 222
7.1.2 显微镜成像系统 225
7.1.3 阿贝-波特实验 227
7.1.4 阿贝成像的仿真与实验结果 228
7.2 光学成像系统的衍射分析 231
7.3 成像系统的分辨率 234
7.4 相干成像和非相干成像 235
7.4.1 成像系统的普遍模型 235
7.4.2 相干传递函数 236
7.4.3 光学传递函数 238
7.4.4 相干成像和非相干成像的比较 242
7.5 扩展阅读：有像差成像系统的传递函数 250
附录 253
习题 255
参考文献 260
第8章 4f 系统 261
8.1 光学信息处理的问题来源：以泽尼克相衬显微镜为例 261
8.2 光学图像处理与数字处理：以 4f 系统为例 265
8.2.1 空间频率滤波技术 265
8.2.2 三透镜系统——4f 系统 266
8.2.3 二透镜系统 269
8.3 4f 系统的应用：驾驭空间频率的若干实例 270
8.3.1 常见滤波器 270
8.3.2 空间滤波的傅里叶分析 273
8.4 4f 系统的孪生兄弟：空间相关器 281
8.5 扩展阅读：光信息处理系统的 “智能性” 及代表性实验 285
习题 289
参考文献 292
第9章 衍射的逆问题 294
9.1 衍射光学元件的设计 294
9.1.1 衍射光学元件 294
9.1.2 衍射相位元件的设计原理 300
9.2 全息术 302
9.2.1 光学全息 304
9.2.2 计算全息 311
9.2.3 数字全息 318
9.2.4 Matlab 仿真 321
9.2.5 其他全息技术 323
9.3 光学加密与计算机实现及光学实验 324
9.3.1 基于 4f 系统的加密方法 325
9.3.2 基于菲涅耳域的图像隐藏方法 327
附录 331
习题 332
参考文献 335
第10章 叠层成像 337
10.1 相干衍射成像概述 337
10.1.1 基本原理 337
10.1.2 G-S 算法 341
10.2 叠层衍射成像原理 343
10.2.1 基本原理 343
10.2.2 实验结果 346
10.3 多波长叠层成像 349
10.3.1 基本原理 349
10.3.2 多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像 351
10.4 傅里叶叠层成像 355
10.4.1 基本原理 355
10.4.2 基于傅里叶叠层成像的光学图像加密 357
10.5 相干调制成像 358
10.6 三维叠层成像 359
10.6.1 基本原理 359
10.6.2 多波长三维叠层衍射成像算法 361
10.6.3 三维叠层衍射成像的优势 364
10.7 叠层成像与光学加密 364
10.7.1 基本原理 364
10.7.2 基于非机械移动式叠层成像的光学信息隐藏 367
10.7.3 实验结果 371
10.8 单次曝光叠层成像与叠层编码 375
10.8.1 单次曝光叠层成像 375
10.8.2 单次曝光叠层编码 378
附录 380
习题 381
参考文献 381
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