計算全息通過全息技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，廣泛地應(yīng)用于干涉檢測、全息顯示以及波前調(diào)控等領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代信息光學(xué)領(lǐng)域的一個重要分支。本書系統(tǒng)介紹了計算全息的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，主要內(nèi)容可以分為三大部分，首先介紹了計算全息的基礎(chǔ)理論，包括全息術(shù)與計算全息的發(fā)展、采樣理論、光波的數(shù)學(xué)描述以及標(biāo)量衍射的計算等內(nèi)容；其次介紹了計算全息的編碼方法，著重討論了將空間復(fù)數(shù)信號變換為計算全息圖的波前調(diào)制函數(shù)的相關(guān)技術(shù)；最后，重點介紹了計算全息的三個典型應(yīng)用領(lǐng)域：干涉檢測、三維顯示及波前調(diào)控，并對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的討論。
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目錄
序
前言
第1章 引言 1
1.1 全息術(shù)簡介 2
1.1.1 波前記錄 2
1.1.2 波前重建 3
1.2 計算全息簡介 6
1.2.1 計算全息的特點 6
1.2.2 計算全息圖的分類 8
1.3 計算全息的發(fā)展簡史 12
參考文獻(xiàn) 15
第2章 計算全息的理論基礎(chǔ) 19
2.1 采樣理論 19
2.1.1 采樣定理 19
2.1.2 混疊現(xiàn)象 26
2.1.3 空間帶寬積與局部空間頻率 27
2.2 光波的數(shù)學(xué)描述 32
2.2.1 從矢量理論到標(biāo)量理論 32
2.2.2 平面波 33
2.2.3 球面波 35
2.2.4 球面波的Fresnel近似 36
2.3 標(biāo)量衍射理論 38
2.3.1 Kirchhoff與Rayleigh Sommerfeld衍射 38
2.3.2 Fresnel衍射 40
2.3.3 Fraunhofer衍射 41
2.3.4 平面波角譜理論 42
2.4 標(biāo)量衍射的數(shù)值計算 44
2.4.1 離散Fraunhofer衍射 44
2.4.2 基于一次FFT的Fresnel衍射數(shù)值計算 45
2.4.3 基于卷積的Fresnel衍射數(shù)值計算 46
2.4.4 角譜衍射的數(shù)值計算 47
2.4.5 衍射數(shù)值計算的混疊與縮放 48
參考文獻(xiàn) 49
第3章 計算全息的編碼方法 51
3.1 空間脈沖調(diào)制 51
3.2 迂回相位型計算全息圖 55
3.3 修正離軸參考光計算全息圖 60
3.4 振幅型全息圖產(chǎn)生共軛像的機(jī)理 65
3.5 單邊帶(single-sideband)編碼方法 67
3.6 計算全息干涉圖 69
3.7 相息圖 70
3.7.1 相息圖的基本原理 70
3.7.2 相位調(diào)制器件 72
3.7.3 相息圖的衍射效率 74
3.7.4 相息圖的計算方法 76
3.8 復(fù)振幅編碼全息圖 86
3.8.1 分步調(diào)制法 87
3.8.2 空域分解法 88
3.8.3 頻域濾波法 93
3.8.4 誤差擴(kuò)散法 93
參考文獻(xiàn) 95
第4章 計算全息在干涉量度中的作用 99
4.1 零位補(bǔ)償干涉檢測 99
4.1.1 生成補(bǔ)償波面 100
4.1.2 生成定位波面 103
4.1.3 生成參考波面 106
4.2 擴(kuò)大測量范圍的研究 110
4.2.1 計算全息和零位光學(xué)系統(tǒng)的組合補(bǔ)償檢測法 110
4.2.2 基于雙相位板的近零補(bǔ)償方法 112
4.2.3 像差平衡法 114
4.3 提高測量精度的研究 115
4.3.1 零補(bǔ)償干涉檢測的誤差 115
4.3.2 測量誤差的標(biāo)定方法 117
4.4 極坐標(biāo)中的剪切干涉術(shù) 123
參考文獻(xiàn) 134
第5章 三維計算全息圖 137
5.1 人眼的深度感知機(jī)理 138
5.2 點元法 142
5.2.1 點元法的基本原理 142
5.2.2 查表法(LUT法) 147
5.2.3 點元法的GPU加速 148
5.2.4 基于點元法的真實光照計算 151
5.3 面元法 154
5.3.1 基于采樣的面元法 155
5.3.2 解析面元法 157
5.4 分層法 160
5.4.1 分層角譜法 160
5.4.2 分層法的遮擋問題 162
5.5 全息體視圖算法 167
5.5.1 全息體視圖算法的基本原理 167
5.5.2 復(fù)合點元全息體視圖算法 170
5.5.3 復(fù)合分層全息體視圖算法 174
5.6 基于光線追蹤的三維全息圖算法 177
5.7 基于頻域分割三維全息圖算法 180
參考文獻(xiàn) 183
第6章 基于計算全息的波前調(diào)控新機(jī)理 188
6.1 超表面簡介 188
6.1.1 超材料 188
6.1.2 超表面 189
6.2 超表面的分類 190
6.2.1 按工作機(jī)理分類 190
6.2.2 按單元結(jié)構(gòu)的偏振敏感性分類 197
6.2.3 按單元結(jié)構(gòu)的各向同性/異性分類 199
6.3 超表面單元的編碼方式 201
6.4 超表面全息的應(yīng)用示例 202
6.4.1 無復(fù)用超表面 202
6.4.2 偏振復(fù)用超表面 203
6.4.3 波長復(fù)用超表面全息 204
6.4.4 其他復(fù)用超表面全息 206
6.4.5 動態(tài)超表面全息 208
6.5 超表面全息的發(fā)展總結(jié) 209
參考文獻(xiàn) 210
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