信息光学是光学和信息科学相结合而发展起来的一门新的光学学科。本书介绍信息光学的基本理论及最新进展。全书共8章。第1~3章介绍信息光学的基础理论，第4~6章介绍光学全息、计算全息、光学信息处理，第7~8章介绍最近发展起来的光信息存储与三维全息显示，光通信中的信息光学。 本书可作为高等院校光学、光学工程、光信息科学与技术、电子科学与技术等专业本科生教材，也可供相应专业的教师和科技工作者参考。

光学是一门较早发展的学科，它在科学与技术的发展史上占有重要地位。但是光学发展最快的时期还是20世纪，尤其是20世纪下半叶，包括信息光学在内的近代光学对信息时代的到来起了十分重要的作用。 信息光学是将信息科学中的线性系统理论引入光学而逐步形成的。1947年作为像质评价的光学传递函数的建立，1948年全息术的提出，以及1960年激光的诞生，是信息光学发展中的几件大事。激光的应用使全息术获得了新的生命，全息术和光学传递函数的进一步发展，加上将数学中的傅里叶变换和通信中的线性系统理论引入光学，使光学和通信这两个不同的领域在信息学范畴内统一起来，光学研究也从“空域”走向“频域”。光学工程师不再仅仅限于用光强、振幅或透过率的空间分布来描述光学图像，也能像电气工程师那样用空间频率的分布和变化来描述光学图像，为光学信息处理开辟了广阔的应用前景。与其他形态的信号处理相比，光学信息处理具有高度并行、大容量的特点。近年来，这一学科发展很快，理论体系已日趋成熟，信息光学已渗透到科学技术的诸多领域，成为信息科学的重要分支，得到越来越广泛的应用。 本书的前三章是理论基础部分。第1章的主要内容是二维线性系统分析，包括信息光学中一些必要的数学知识，以及线性系统的分析方法、二维傅里叶变换和信息科学的另一基础——抽样定理。第2、3章运用空间域和频率域方法讨论了光波携带信息在自由空间或经过光学系统的传播问题，以及透镜系统的傅里叶变换性质。第2章介绍标量衍射理论，分别讨论了基尔霍夫衍射理论和衍射的角谱理论，两种理论分别从空间域和频率域讨论衍射现象，分别以球面波和平面波作为基元函数描述光波的传播现象。第3章关于光学系统的频谱分析与以往多数教材不同，对透镜的傅里叶变换性质给出一个统一的表达方式，并得出不同情况下的结果。由此出发进一步分析相干与非相干成像系统，给出成像系统的相干传递函数与光学传递函数。第4章侧重讨论光学全息的基本原理，介绍一些重要的全息图以及光学全息术的主要应用。第5章重点讨论计算全息的理论基础、基本原理及制作方法，介绍一些典型的计算全息图及其主要应用。通过计算全息发展的历史过程和不同学科专家对计算全息方法的看法，使学生加深对科学理论的普遍性和多学科交叉融合的必要性的认识。第6章为光学信息处理，介绍了应用信息光学基本原理处理光学信息的主要方法，重点讨论了空间滤波、相干光学处理、非相干光学处理。第7章讨论信息光学的两个重要应用方面——光信息存储与三维全息显示。第8章讨论了信息光学技术在现代光通信技术中的一些特别的应用，包括能够用于密集波分复用技术的光分插复用器和光纤系统的色散补偿的布拉格光纤光栅，超短脉冲的整形和处理，光谱全息术，阵列波导光栅等。第7、8两章的内容反映了信息光学领域的最新进展。 本书特点：一是把光学看做信息科学技术的一个重要组成部分进行研究；二是密切联系实际，启发学生用信息光学的基础理论解决光学信息技术的各种应用问题；三是配有许多独具匠心的习题，以及有关参考文献，可以引导读者自学，启发读者思维，培养创新能力。 本书第1~6章是本科生必读的部分，其他两章可根据具体情况选读。 本书第1~3章由吕乃光编写，第4~6章由苏显渝编写，第7~8章由陈家璧编写。本书3位作者长期从事与信息光学有关的教学和科研工作，对所撰写章节有关的内容和最新发展十分熟悉，其中凝结了他们自己的教学心得和研究成果。3位作者是清华大学光学仪器专业光八班毕业的同班同学，从1962—1968年，曾在美丽的清华园同窗六载。值此清华大学百年校庆即将到来之际，仅以本教材献给亲爱的母校。 本书在编写过程中得到了中国工程院院士、清华大学金国藩教授的悉心指导。金先生对信息光学的教育和学科发展非常重视，对本书的内容和结构提出了指导性的意见，仔细审阅了全部书稿，并欣然为本书作序，使作者得益匪浅，并倍受鼓舞。在此对金先生表示衷心感谢。 编 者

第1章二维线性系统分析 1.1二维傅里叶变换 1.1.1δ函数和其他常用函数 1.1.2卷积和相关 1.1.3二维傅里叶变换定义及存在条件 1.1.4广义傅里叶变换 1.1.5虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质 1.1.6傅里叶变换定理 1.1.7可分离变量函数的变换 1.1.8傅里叶-贝塞尔变换 1.1.9周期函数的傅里叶变换 1.1.10一些常用函数的傅里叶变换式 1.2线性系统 1.2.1线性系统 1.2.2线性不变系统 1.3抽样定理 1.3.1函数的抽样 1.3.2函数的还原 1.3.3空间带宽积 习题一 第2章标量衍射理论 2.1光波的数学描述 2.1.1单色光波场的复振幅表示 2.1.2球面波 2.1.3平面波 2.1.4平面波的空间频率 2.1.5复振幅分布的空间频谱（角谱） 2.2基尔霍夫衍射理论 2.2.1惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫衍射公式 2.2.2光波传播的线性性质 2.3衍射的角谱理论 2.3.1角谱的传播 2.3.2孔径对角谱的影响 2.4菲涅耳衍射 2.5夫琅禾费衍射 2.5.1夫琅禾费衍射公式 2.5.2一些简单孔径的夫琅禾费衍射 2.6衍射光栅 2.6.1线光栅 2.6.2余弦型振幅光栅 习题二 第3章光学成像系统的频率特性 3.1透镜的位相调制作用 3.2透镜的傅里叶变换性质 3.2.1物体紧靠透镜放置 3.2.2物体放置在透镜前方 3.2.3透镜孔径的影响 3.2.4透镜傅里叶变换的应用 3.3透镜的成像性质 3.4成像系统的一般分析 3.4.1成像系统的一般模型 3.4.2阿贝成像理论 3.4.3单色光照明的衍射受限系统 3.4.4非单色照明 3.5衍射受限的相干成像系统的频率响应 3.5.1相干传递函数 3.5.2相干传递函数计算和应用举例 3.6衍射受限的非相干成像系统的频率响应 3.6.1非相干照明时的物像关系式 3.6.2光强的空间频谱 3.6.3光学传递函数的定义及物理意义 3.6.4OTF与CTF的联系 3.6.5衍射受限系统的OTF 3.6.6衍射受限系统OTF计算和应用举例 3.7像差对于成像系统传递函数的影响 3.7.1广义光瞳函数 3.7.2像差对CTF的影响 3.7.3像差对OTF的影响 3.8相干与非相干成像系统的比较 习题三 第4章光学全息 4.1概述 4.2波前记录与再现 4.2.1波前记录 4.2.2波前再现 4.2.3全息图的基本类型 4.3同轴全息图和离轴全息图 4.3.1同轴全息图 4.3.2离轴全息图 4.4基元全息图 4.5菲涅耳全息图 4.5.1点源全息图的记录和再现 4.5.2几种特殊情况的讨论 4.6傅里叶变换全息图 4.6.1傅里叶变换全息图的记录与再现 4.6.2准傅里叶变换全息图 4.6.3无透镜傅里叶变换全息图 4.7像全息图 4.7.1再现光源宽度的影响 4.7.2再现光源光谱宽度的影响 4.7.3色模糊 4.7.4像全息的制作 4.8彩虹全息 4.8.1二步彩虹全息 4.8.2一步彩虹全息 4.8.3彩虹全息的色模糊 4.9相位全息图 4.10模压全息图 4.11体积全息 4.11.1透射体积全息图 4.11.2反射全息图 4.12平面全息图的衍射效率 4.12.1振幅全息图的衍射效率 4.12.2相位全息图的衍射效率 4.13全息干涉计量 4.13.1二次曝光法 4.13.2单次曝光法 4.13.3时间平均法 习题四 第5章计算全息 5.1计算全息的理论基础 5.1.1概述 5.1.2计算全息的抽样与信息容量 5.1.3时域信号和空域信号的调制与解调 5.1.4计算全息的分类 5.2计算全息的编码方法 5.2.1计算全息的编码 5.2.2迂回相位编码方法 5.2.3修正离轴参考光的编码方法 5.2.4二元脉冲密度编码 5.3计算傅里叶变换全息 5.3.1抽样 5.3.2计算离散傅里叶变换 5.3.3编码 5.3.4绘制全息图 5.3.5再现 5.3.6几点讨论 5.4计算像面全息 5.5计算全息干涉图 5.6相息图 5.7计算全息的应用 5.8计算全息的几种物理解释 5.9二元光学 5.9.1微光学与二元光学 5.9.2二元光学的产生和发展 5.9.3二元光学元件的设计 5.9.4二元光学元件的制作 习题五 第6章光学信息处理 6.1空间滤波 6.1.1阿贝成像理论 6.1.2空间滤波的傅里叶分析 6.1.3空间滤波系统 6.1.4空间滤波器 6.1.5空间滤波应用举例 6.2图像相减 6.2.1空域编码频域解码相减方法 6.2.2正弦光栅滤波器相减方法 6.3图像识别 6.3.1匹配空间滤波器 6.3.2用全息法制作复数滤波器 6.3.3图像识别 6.3.4联合变换相关识别 6.4图像复原 6.4.1逆滤波器 6.4.2维纳滤波器 6.5合成孔径雷达 6.5.1合成孔径概念 6.5.2航向信息的记录 6.6照相胶片 6.6.1HD曲线 6.6.2胶片用于非相干光学系统中 6.6.3胶片用于相干光学系统中 6.7非相干光学处理 6.7.1相干与非相干光学处理 6.7.2基于几何光学的非相干处理系统 6.7.3基于衍射的非相干处理——非相干频域综合 6.8白光光学信息处理技术 6.8.1白光光学处理的基本原理 6.8.2实时假彩色编码 6.8.3相位调制假彩色编码 习题六 第7章光信息存储与三维全息显示 7.1概述 7.2二维光存储——光盘存储 7.2.1光盘的类型 7.2.2光盘存储器 7.2.3光盘存储技术的进展 7.2.4超分辨率光存储技术 7.3三维光存储 7.3.1体全息的基本原理 7.3.2体全息光栅的衍射效率 7.3.3体全息存储材料的存储特性 7.3.4全息存储器的数据传输速率 7.3.5超大容量全息存储器 7.4四维光存储 7.5图像的全息显示 7.5.1彩虹全息图 7.5.2合成全息技术 7.5.3彩色全息术 7.5.4像素全息技术 7.5.5全息图的复制 7.6其他三维图像显示技术 7.6.1全息电影 7.6.2边缘照明全息 7.6.3虚拟全息三维显示 习题七 第8章光通信中光学信息技术的应用 8.1布拉格光纤光栅 8.1.1布拉格光纤光栅的制作 8.1.2FBG的应用 8.1.3工作在透射方式的光栅 8.2超短脉冲的整形和处理 8.2.1时间频率到空间频率的变换 8.2.2脉冲整形系统 8.2.3谱脉冲整形的应用 8.3光谱全息术 8.3.1全息图的记录 8.3.2信号的再现 8.3.3参考脉冲和信号波前之间延迟的影响 8.4阵列波导光栅 8.4.1阵列波导光栅的基本部件 8.4.2阵列波导光栅的应用 习题八 参考文献

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