物理光學漫步：衍射計算理論及應用研究故事

1  引子——連環(huán)畫《光史漫話》新編  001
1.1  《光史漫話》    002
1.2  《光史漫話》編后語    010
2  訪問物理光學的締造者——菲涅耳  011
2.1  時空穿越到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  巴黎科學懸獎競賽大會    016
2.6  麥克斯韋方程    016
2.7  物理光學的締造者——菲涅耳    017
3  重溫1818年菲涅耳獲大獎的學術報告  021
3.1  難忘的旅行    022
3.2  重溫菲涅耳獲大獎的學術報告    022
3.3  學習與思考    029
3.4  第一次編程計算結果的討論    035
4  麥克斯韋方程出現(xiàn)前的菲涅耳衍射積分  039
4.1  肖教授的感慨    040
4.2  光波的復函數(shù)表示    041
4.3  歐拉公式    042
4.4  構建復函數(shù)表示的菲涅耳衍射積分    046
4.5  近代光學名著介紹    049
5  菲涅耳半波帶法計算實例  051
5.1  自己動手重做200年前菲涅耳的實驗    052
5.2  圓孔衍射的半波帶法計算和相關實驗準備    053
附錄　平面波照明圓孔衍射的半波帶法計算公式    057
6  菲涅耳的直邊衍射條紋及泊松斑紋公式  069
6.1  菲涅耳的直邊衍射條紋分布公式    070
6.2  菲涅耳的“泊松斑紋”分布公式    071
6.3  “泊松斑紋”分布公式的實驗證明    075
6.4  波面半徑及外部衍射條紋的測試    078
6.5  學姐的幫助    080
附錄　球面波照明下的菲涅耳衍射積分運算    083
7  半波帶法及菲涅耳微波元法計算研究  085
7.1  圓孔衍射的半波帶法計算    086
7.2  圓孔衍射的半波帶法計算結果分析    087
7.3  衍射場強度的菲涅耳微波元計算法    088
7.4  菲涅耳微波元法的初次實驗證明    089
7.5  彭師姐的回答    094
8  菲涅耳衍射積分離散計算時的光場克隆研究  103
8.1  菲涅耳衍射積分的微波元算法    104
8.2  克隆場周期的歸納法研究    105
8.3  自制物平面光闌的實驗證明    111
附錄　微波元法計算的克隆場研究    114
9  數(shù)字全息簡介及衍射數(shù)值計算的理論補充  119
9.1  彭穎其人    120
9.2  彭穎給兩位年輕人的微信    121
9.3  三維物體的傳統(tǒng)全息拍攝及顯示    122
9.4  三維物體的數(shù)字全息圖拍攝及顯示    126
9.5  角譜衍射計算程序引起的困惑    132
9.6  角譜衍射的數(shù)值計算理論補充    134
10  菲涅耳函數(shù)的菲涅耳算法  139
10.1  何為菲涅耳函數(shù)    140
10.2  菲涅耳函數(shù)的菲涅耳算法    141
10.3  菲涅耳函數(shù)的積分鏈接算法    147
10.4  直邊衍射條紋間距公式的推導    150
附錄  用菲涅耳1818年的實驗對直邊衍射條紋間距公式做實驗證明    152
11  菲涅耳函數(shù)的計算公式及其應用  157
11.1  樊老師給的研究任務    158
11.2  菲涅耳函數(shù)的兩組近似計算公式    160
11.3  兩種菲涅耳函數(shù)計算公式的精度比較    161
11.4  菲涅耳函數(shù)的改進計算式    163
11.5  菲涅耳函數(shù)的應用實例    164
11.6  幾種特殊衍射問題的計算公式    166
11.7  特殊衍射問題計算公式的實驗證明    168
12  反射式離軸光學系統(tǒng)的相干光成像計算  173
12.1  肖教授的來信    174
12.2  強激光分布整形課題    175
12.3  研究方案    177
12.4  成像系統(tǒng)的理論研究    179
12.5  非成像系統(tǒng)與成像系統(tǒng)的理論比較    183
12.6  實驗證明    185
12.7  新型光學系統(tǒng)及在激光熱處理中的實際應用    186
13  幾何光學輔助的相干光成像計算  189
13.1  方形激光斑疊像器工作原理    190
13.2  光學系統(tǒng)變換性能的理論研究方案    192
13.3  疊加像光場的理論分析    193
13.4  李老師的建議    200
14  相干光成像經典理論的再研究  203
14.1  研究背景    204
14.2  學術講座上的感慨    205
14.3  基于光波場的空間追跡導出相干光成像公式    207
14.4  光學名著《光學原理》中的相干光成像理論    208
14.5  2000年在里昂應用科技學院的實驗研究    211
14.6  無傍軸近似的相干光成像計算    216
14.7  結束語    218
15  一個擱置30年科研難題的答案——相干光成像公式的應用實例  221
15.1  相干光成像計算理論    222
15.2  熱敏紙采樣圖像與吸收激光熱能的關系    223
15.3  光學系統(tǒng)出射光瞳的討論    226
15.4  彭師姐對疊像光斑的第一次計算    228
15.5  成像公式用于光學系統(tǒng)的計算研究    231
16  相干光成像的振鈴震蕩計算及像質評價研究  237
16.1  研究背景及物理意義    238
16.2  師生合作的研究任務    238
16.3  振鈴震蕩計算理論    240
16.4  實驗研究    243
16.5  像質評價理論公式簡介    245
16.6  彭穎的初次理論模擬    246
16.7  振鈴震蕩的再次模擬及詳細討論    249
16.8  消振鈴震蕩干擾的探索研究    252
17  相干傳遞函數(shù)的物理意義及實驗測定  257
17.1  研究背景    258
17.2  兩種相干光成像計算理論的學習    259
17.3  相干傳遞函數(shù)的實驗測量理論    261
17.4  顯微數(shù)字全息測試系統(tǒng)    262
17.5  相干傳遞函數(shù)的實際測試    264
17.6  研究工作小結    267
18  消相位畸變的光學移頻超分辨率成像　  269
18.1  講座背景    270
18.2  光學移頻超分辨率成像技術的理論分析    271
18.3  離軸像面數(shù)字全息光學移頻系統(tǒng)的設計    274
18.4  理論模擬    275
18.5  消除像光場相位干擾的理論研究    278
18.6  問題討論    281
19  一道光學題后的科學研究故事——時空穿越法國三日游  287
19.1  時空穿越旅行方案    288
19.2  巴黎之旅    288
19.3  光學設計的再學習    290
19.4  有趣的插曲    293
19.5  光學系統(tǒng)測試時遇到的疑惑    296
19.6  里昂半日游及時空穿越返回北京    298
19.7  光學習題及其解答    300
20  一項國際領先的全息照相科研成果——大景深全息圖賞析  303
20.1  科學研究中基礎理論重要性的體會    304
20.2  彭穎致兩位師弟的赴昆邀請    310
20.3  大景深全息圖的拍攝理論    311
20.4  大景深全息圖拍攝實例    315
20.5  昆明之行    317
附錄　MATLAB程序及相關資源  324
結束語    325