本書是在普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《信息光學理論與應用》(第3版)的基礎上修訂而成的,系統地介紹了信息光學的基礎理論及相關的應用。全書共10章,內容涉及二維傅里葉分析、標量衍射理論、光學成像系統的頻率特性、部分相干理論、光學全息照相、空間濾波、相干光學處理、非相干光學處理，以及信息光學在計量學中的應用等。
本書內容豐富,選材新穎,既系統地介紹基礎理論,又同時兼顧理論和技術的發展,并強調理論與應用的結合�！缎畔⒐鈱W理論與應用》的第2版曾被教育部評為“2009年度普通高等教育精品教材”。第3版在保持原書總體特色的基礎上,結合作者多年的教學實踐,對第2版做了許多修訂和補充,并將其中的習題解答部分從原書中剝離出來,做了適當的添加和完善,同時補充了思考題解答,獨立成書。
在準備出版本書和英文版時，作者對第3版又做了全面的修訂，刪去了一些次要的內容，對個別章節做了適當的補充，使其更加精煉、流暢，更適合于課堂教學。同時，為了配合重點大學進行雙語教學的需要，作者力圖使中文第4版與英文版的全書內容一致，便于學生對照參考。
本書讀者對象為光學、光學工程、光電子技術、光信息科學與技術、應用物理、精密儀器等專業的高年級本科生和研究生。本書也可供相關專業的工程技術人員參考。

第1章二維傅里葉分析1

1.1光學中常用的幾種非初等函數1

1.1.1矩形函數1

1.1.2sinc函數2

1.1.3階躍函數3

1.1.4符號函數4

1.1.5三角形函數4

1.1.6高斯函數5

1.1.7圓域函數6

1.2δ 函 數6

1.2.1δ函數的定義6

1.2.2δ函數的物理意義8

1.2.3δ函數的性質8

1.2.4梳狀函數11

1.3卷積12

1.3.1卷積概念的引入12

1.3.2卷積的定義13

1.3.3卷積的物理意義和幾何意義14

1.3.4卷積的運算性質15

1.3.5卷積運算舉例16

1.4相關19

1.4.1互相關19

1.4.2自相關20

1.4.3相關運算舉例21

1.4.4有限功率函數的相關22

1.5傅里葉變換的基本概念23

1.5.1二維傅里葉變換的定義23

1.5.2存在條件24

1.5.3廣義傅里葉變換24

��1.5.4虛、實、奇、偶函數傅里葉變換的性質26

1.5.5傅里葉變換作為分解式27

1.6二維傅里葉變換的基本定理28

1.7傅里葉貝塞爾變換31

1.7.1可分離變量函數的變換31

1.7.2具有圓對稱的函數：傅里葉貝塞爾變換33

1.8常用傅里葉變換對35

1.9線性系統與線性空間不變系統37

1.9.1系統的算符表示37

1.9.2線性系統的意義38

1.9.3脈沖響應函數與疊加積分38

1.9.4線性空間不變系統傳遞函數39

1.9.5線性空間不變系統的本征函數40

1.9.6LSI級聯系統42

1.10二維采樣定理43

1.10.1圖像函數的采樣表示法44

1.10.2奈奎斯特判據45

1.10.3原始函數的復原45

1.10.4空間帶寬積47

思考題48

習題48

本章參考文獻51

第2章標量衍射理論52

2.1引言52

2.2基爾霍夫衍射理論53

2.2.1數學預備知識53

2.2.2平面衍射屏的基爾霍夫衍射公式56

2.2.3菲涅耳基爾霍夫衍射公式57

2.2.4衍射公式與疊加積分58

2.3衍射規律的頻域表達式59

2.3.1衍射規律的頻域描述59

2.3.2傳播現象作為一種線性空間濾波器61

2.3.3衍射孔徑對角譜的效應61

2.4菲涅耳衍射與夫瑯和費衍射62

2.4.1初步的近似處理62

2.4.2菲涅耳近似63

2.4.3夫瑯和費衍射64

2.4.4菲涅耳衍射與夫瑯和費衍射的關系65

2.5夫瑯和費衍射計算實例65

2.5.1矩孔和單縫的夫瑯和費衍射66

2.5.2雙縫的夫瑯和費衍射67

2.5.3多縫的夫瑯和費衍射68

2.5.4圓孔的夫瑯和費衍射70

2.5.5圓環的夫瑯和費衍射72

2.5.6正弦型振幅光柵的夫瑯和費衍射73

2.5.7正弦型位相光柵的夫瑯和費衍射75

2.6菲涅耳衍射計算實例77

2.6.1傅里葉成像77

2.6.2衍射屏被會聚球面波照明時的衍射79

2.7衍射的巴俾涅原理80

思考題82

習題82

本章參考文獻86

第3章光學成像系統的頻率特性87

3.1透鏡的傅里葉變換性質88

3.1.1薄透鏡的位相調制作用88

3.1.2透鏡的傅里葉變換性質90

3.1.3透鏡孔徑的影響92

3.2光學成像系統的一般分析95

3.2.1成像系統的普遍模型95

3.2.2衍射受限系統的點擴展函數96

3.2.3準單色光照明時物像關系分析98

3.3衍射受限相干成像系統的傳遞函數100

3.3.1相干傳遞函數的定義100

3.3.2相干傳遞函數與系統物理性質的聯系101

3.3.3像差對系統傳遞函數的影響102

3.3.4相干傳遞函數計算舉例102

3.4衍射受限非相干成像系統的傳遞函數104

3.4.1衍射受限系統的光學傳遞函數105

3.4.2OTF與CTF的關系106

3.4.3光學傳遞函數的一般性質和意義107

3.4.4衍射受限系統OTF的計算109

3.4.5像差對OTF的影響111

3.5相干成像與非相干成像系統的比較114

思考題117

習題117

本章參考文獻119

第4章部分相干理論120

4.1光場相干性的一般概念120

4.1.1光源的空間相干性與光源線度120

4.1.2光源的時間相干性與光波頻譜123

4.2互相干函數127

4.2.1解析信號——實多色場的復值表示127

4.2.2互相干函數與復相干度128

4.2.3互相干函數的譜表示130

4.2.4互相干函數與復相干度的測量131

4.3準單色光的干涉132

4.3.1準單色場的互強度和復相干度132

4.3.2準單色光的傳播134

思考題139

習題139

本章參考文獻140

第5章光學全息照相141

5.1全息照相的基本原理141

5.1.1全息圖的記錄和重現141

5.1.2基本理論142

5.1.3全息照相的基本特點144

5.1.4全息圖的類型144

5.2菲涅耳全息圖145

5.2.1基元全息圖的幾何模型146

5.2.2點源全息圖的記錄和重現147

5.2.3幾種特殊情況149

5.3全息記錄介質151

5.3.1基本術語151

5.3.2全息記錄介質的特性151

5.3.3幾種常用的全息記錄介質156

5.4全息照相裝置及實驗注意事項159

5.4.1全息照相所需的設備和元件159

5.4.2全息照相光路的布置162

5.5傅里葉變換全息圖162

5.5.1傅里葉變換全息圖的記錄和重現162

5.5.2準傅里葉變換全息圖164

5.5.3無透鏡傅里葉變換全息圖164

5.6像全息圖彩虹全息圖166

5.6.1像全息圖166

5.6.2彩虹全息圖167

5.7體積全息圖170

5.7.1透射體積全息圖170

5.7.2反射體積全息圖172

5.8模壓全息圖173

5.8.1全息圖的模壓復制173

5.8.2全息燙印箔174

5.8.3動態點陣全息圖175

5.9全息照相的應用176

5.9.1全息顯示177

5.9.2全息光學元件178

5.9.3全息信息存儲181

思考題185

習題185

本章參考文獻187

第6章空間濾波188

6.1空間濾波的基本原理189

6.1.1阿貝成像理論189

6.1.2空間頻譜分析系統190

6.1.3空間頻率濾波系統192

6.1.4空間濾波的傅里葉分析194

6.2空間濾波器的結構類型和應用舉例197

6.2.1空間濾波器結構類型197

6.2.2空間濾波器應用舉例198

思考題203

習題203

本章參考文獻205

第7章相干光學處理206

7.1圖像相減206

7.1.1正弦光柵法207

7.1.2全息照相法208

7.2匹配濾波與光學圖像識別209

7.2.1空間匹配濾波器的意義209

7.2.2匹配濾波器的制作209

7.2.3利用匹配濾波器進行圖像識別210

7.3用梅林變換作光學相關211

7.4用圓諧變換實現光學相關213

7.5半色調網屏技術215

7.5.1半色調圖片的制作215

7.5.2半色調網屏對圖像的非線性處理216

7.5.3幾種圖像處理實例217

7.6其他相干光學處理218

7.6.1用逆濾波器消模糊218

7.6.2光學微分219

7.7空間光調制器221

7.7.1空間光調制器的意義和類型221

7.7.2液晶光閥223

思考題226

習題227

本章參考文獻228

第8章非相干光學處理229

8.1相干與非相干光學處理的比較229

8.2基于幾何光學的非相干處理系統230

8.2.1圖像乘積的積分運算230

8.2.2圖像的相關和卷積231

8.2.3雙極性信號的處理技術232

8.2.4利用散焦系統的非相干疊加積分233

8.3基于衍射的非相干處理——非相干頻域綜合234

8.3.1切趾術234

8.3.2沃耳特(Wolter)最小強度檢出濾波器235

8.4白光信息處理236

8.4.1白光信息處理原理236

8.4.2實時假彩色編碼技術238

8.4.3θ調制技術241

8.5位相調制假彩色編碼242

8.5.1光柵調制242

8.5.2漂白處理243

8.5.3濾波解調243

思考題245

習題245

本章參考文獻246

第9章信息光學在計量學中的應用247

9.1全息干涉計量的原理和基本方法247

9.1.1全息干涉計量的特點247

9.1.2二次曝光全息干涉術248

9.1.3實時全息干涉術249

9.1.4時間平均全息干涉術250

9.1.5動態全息干涉術252

9.2全息干涉圖的數據處理方法253

9.2.1用二次曝光法測定三維位移場254

9.2.2測定剛體的微小轉角與平動256

9.2.3測定物體的均勻應變258

9.2.4測定物體的微小振動261

9.3散斑效應及其基本統計特征262

9.3.1散斑的光強分布函數263

9.3.2散斑圖的襯度267

9.3.3散斑的特征尺寸267

9.4二次曝光散斑圖的記錄和處理269

9.4.1二次曝光散斑圖的記錄269

9.4.2散斑圖的處理方法269

9.4.3用雙散斑圖系統測量空間位移271

9.4.4用散斑攝影研究位相物體273

9.4.5用時間平均散斑圖分析振動275

9.5散斑干涉計量277

9.6面內云紋法的基本概念280

9.6.1云紋的由來280

9.6.2均勻線位移引起的云紋效應280

9.6.3純轉動產生的云紋效應282

9.6.4均勻線位移和純轉動并存時引起的云紋效應282

9.6.5云紋移動效應和線應變符號的判別284

9.6.6云紋圖的記錄光路285

9.6.7投影云紋法285

思考題286

習題287

本章參考文獻287

第10章信息光學在光通信中的應用289

10.1布拉格光纖光柵289

10.1.1光纖的基本結構289

10.1.2光纖中的色散292

10.1.3布拉格光纖光柵的記錄方法293

10.1.4FBG的應用295

10.2超短脈沖的整形297

10.2.1時間頻率到空間頻率的變換297

10.2.2脈沖整形系統298

10.2.3超短脈沖整形的應用299

10.3陣列波導光柵300

10.3.1陣列波導光柵的基本結構300

10.3.2陣列波導光柵的工作原理301

思考題302

習題302

本章參考文獻303

附錄貝塞爾函數關系式表304