物理光学漫步——衍射计算理论及应用研究故事

1 引子——连环画《光史漫话》新编 001
1.1 《光史漫话》 002
1.2 《光史漫话》编后语 010 2 访问物理光学的缔造者——菲涅耳 011
2.1 时空穿越到1818年的巴黎 012
2.2 巴黎圣母院前方小憩 013
2.3 惠更斯原理 013
2.4 惠更斯-菲涅耳原理 014
2.5 巴黎科学悬奖竞赛大会 016
2.6 麦克斯韦方程 016
2.7 物理光学的缔造者——菲涅耳 017 3 重温1818年菲涅耳获大奖的学术报告 021
3.1 难忘的旅行 022
3.2 重温菲涅耳获大奖的学术报告 022
3.3 学习与思考 029
3.4 **次编程计算结果的讨论 035 4 麦克斯韦方程出现前的菲涅耳衍射积分 039
4.1 肖教授的感慨 040
4.2 光波的复函数表示 041
4.3 欧拉公式 042
4.4 构建复函数表示的菲涅耳衍射积分 046
4.5 近代光学名著介绍 049 5 菲涅耳半波带法计算实例 051
5.1 自己动手重做200年前菲涅耳的实验 052
5.2 圆孔衍射的半波带法计算和相关实验准备 053
附录　平面波照明圆孔衍射的半波带法计算公式 057 6 菲涅耳的直边衍射条纹及泊松斑纹公式 069
6.1 菲涅耳的直边衍射条纹分布公式 070
6.2 菲涅耳的“泊松斑纹”分布公式 071
6.3 “泊松斑纹”分布公式的实验证明 075
6.4 波面半径及外部衍射条纹的测试 078
6.5 学姐的帮助 080
附录　球面波照明下的菲涅耳衍射积分运算 083 7 半波带法及菲涅耳微波元法计算研究 085
7.1 圆孔衍射的半波带法计算 086
7.2 圆孔衍射的半波带法计算结果分析 087
7.3 衍射场强度的菲涅耳微波元计算法 088
7.4 菲涅耳微波元法的初次实验证明 089
7.5 彭师姐的回答 094 8 菲涅耳衍射积分离散计算时的光场克隆研究 103
8.1 菲涅耳衍射积分的微波元算法 104
8.2 克隆场周期的归纳法研究 105
8.3 自制物平面光阑的实验证明 111
附录　微波元法计算的克隆场研究 114 9 数字全息简介及衍射数值计算的理论补充 119
9.1 彭颖其人 120
9.2 彭颖给两位年轻人的微信 121
9.3 三维物体的传统全息拍摄及显示 122
9.4 三维物体的数字全息图拍摄及显示 126
9.5 角谱衍射计算程序引起的困惑 132
9.6 角谱衍射的数值计算理论补充 134 10 菲涅耳函数的菲涅耳算法 139
10.1 何为菲涅耳函数 140
10.2 菲涅耳函数的菲涅耳算法 141
10.3 菲涅耳函数的积分链接算法 147
10.4 直边衍射条纹间距公式的推导 150
附录 用菲涅耳1818年的实验对直边衍射条纹间距公式做实验证明 152 11 菲涅耳函数的计算公式及其应用 157
11.1 樊老师给的研究任务 158
11.2 菲涅耳函数的两组近似计算公式 160
11.3 两种菲涅耳函数计算公式的精度比较 161
11.4 菲涅耳函数的改进计算式 163
11.5 菲涅耳函数的应用实例 164
11.6 几种特殊衍射问题的计算公式 166
11.7 特殊衍射问题计算公式的实验证明 168 12 反射式离轴光学系统的相干光成像计算 173
12.1 肖教授的来信 174
12.2 强激光分布整形课题 175
12.3 研究方案 177
12.4 成像系统的理论研究 179
12.5 非成像系统与成像系统的理论比较 183
12.6 实验证明 185
12.7 新型光学系统及在激光热处理中的实际应用 186 13 几何光学辅助的相干光成像计算 189
13.1 方形激光斑叠像器工作原理 190
13.2 光学系统变换性能的理论研究方案 192
13.3 叠加像光场的理论分析 193
13.4 李老师的建议 200 14 相干光成像经典理论的再研究 203
14.1 研究背景 204
14.2 学术讲座上的感慨 205
14.3 基于光波场的空间追迹导出相干光成像公式 207
14.4 光学名著《光学原理》中的相干光成像理论 208
14.5 2000年在里昂应用科技学院的实验研究 211
14.6 无傍轴近似的相干光成像计算 216
14.7 结束语 218 15 一个搁置30年科研难题的答案——相干光成像公式的应用实例 221
15.1 相干光成像计算理论 222
15.2 热敏纸采样图像与吸收激光热能的关系 223
15.3 光学系统出射光瞳的讨论 226
15.4 彭师姐对叠像光斑的**次计算 228
15.5 成像公式用于光学系统的计算研究 231 16 相干光成像的振铃震荡计算及像质评价研究 237
16.1 研究背景及物理意义 238
16.2 师生合作的研究任务 238
16.3 振铃震荡计算理论 240
16.4 实验研究 243
16.5 像质评价理论公式简介 245
16.6 彭颖的初次理论模拟 246
16.7 振铃震荡的再次模拟及详细讨论 249
16.8 消振铃震荡干扰的探索研究 252 17 相干传递函数的物理意义及实验测定 257
17.1 研究背景 258
17.2 两种相干光成像计算理论的学习 259
17.3 相干传递函数的实验测量理论 261
17.4 显微数字全息测试系统 262
17.5 相干传递函数的实际测试 264
17.6 研究工作小结 267 18 消相位畸变的光学移频超分辨率成像　 269
18.1 讲座背景 270
18.2 光学移频超分辨率成像技术的理论分析 271
18.3 离轴像面数字全息光学移频系统的设计 274
18.4 理论模拟 275
18.5 消除像光场相位干扰的理论研究 278
18.6 问题讨论 281 19 一道光学题后的科学研究故事——时空穿越法国三日游 287
19.1 时空穿越旅行方案 288
19.2 巴黎之旅 288
19.3 光学设计的再学习 290
19.4 有趣的插曲 293
19.5 光学系统测试时遇到的疑惑 296
19.6 里昂半日游及时空穿越返回北京 298
19.7 光学习题及其解答 300 20 一项国际领先的全息照相科研成果——大景深全息图赏析 303
20.1 科学研究中基础理论重要性的体会 304
20.2 彭颖致两位师弟的赴昆邀请 310
20.3 大景深全息图的拍摄理论 311
20.4 大景深全息图拍摄实例 315
20.5 昆明之行 317 附录　MATLAB程序及相关资源 324 结束语 325