高等光学成像理论

光学显微术及相关技术由于激光技术的引进获得快速发展，促使了光学成像理论在空间域与频域的三维显微成像理论、超短脉冲成像理论、高数值孔径物镜像差理论等方面的进步。本书涉及描述棱镜光学成像系统的理论与原理，包括衍射理论、点扩散函数、传递函数分析、超短脉冲光束成像、高数值孔径物镜成像、有像差成像等，并对现代光学显微术中所需的新理论进行介绍。 2cqI[t@0  
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DiEluA&w9  
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Sk:ws&D1u  
目录 @*Wh  
中译本序 z6?)3'  
原书前言
*hQTO=WF  
第1章引言1 kRTwaNDOD  
1.1光学成像理论的*新进展1 Ircp``g  
1.2本书内容概述2 oA =4=`  
参考文献4 &Ibu>di4[  
第2章衍射理论5 DVK)2La  
2.1惠更斯–菲涅耳原理5 /u0' 6V  
2.1.1衍射的描述5 tvu!< dxZ  
2.1.2夫琅禾费与菲涅耳衍射6 |pmZ.r  
2.1.3惠更斯–菲涅耳原理的数学表达7 `xywho%/Y  
2.2基尔霍夫标量衍射理论8 8&Oa_{1+Q  
2.2.1格林函数8 9

1q8k=p  
2.2.2基尔霍夫衍射积分9 <YOLxR  
2.2.3基尔霍夫边界条件10 #ceaZn|@m  
2.2.4菲涅耳–基尔霍夫衍射方程11 H~+l7OhV  
2.3瑞利–索末菲衍射理论11 *+\SyO  
2.3.1第一瑞利–索末菲衍射积分12 P#_sg0oJF  
2.3.2第二瑞利–索末菲衍射积分13 gx&Tt  
2.3.3徳拜近似14 >layJt
  
2.4傍轴近似14 kH4Ai3#g  
2.4.1菲涅耳近似15 Q"t<3-"  
2.4.2夫琅禾费近似16 zj/!In  
2.5不同小孔的菲涅耳衍射17 B';6r4I-  
2.5.1圆孔衍射17 _`I"0.B]  
2.5.2圆屏衍射19 #SX8=f`K5  
2.5.3锯齿孔径衍射21 lK4M.QV ?\  
2.5.4“甜甜圈”孔径衍射24 .9"Y_/0   
参考文献26 c{&*w")J  
第3章点扩散函数28 8S<@"
v  
3.1透镜的透过率28 xw3YK!$sIF  
3.2透镜的衍射30 ']>Mp#j  
3.2.1圆透镜32 q
qu.EE
 
3.2.2环形透镜36 s.x&LG  
3.2.3“甜甜圈”形透镜37 ~,BIf+\XF  
3.3相干像的形成38 +{/*z  
3.3.1透镜成像规律40 sp ]zbX?  
3.3.2散焦效应42 K,e w>U  
3.3.3阿贝成像理论44 S=nP[s  
3.4空间不变特性47 \N4 y<  
3.5非相干成像51 _^
'I  
参考文献52 ,N e;kI  
第4章传递函数分析53 A5H3%o(6k  
4.1传递函数介绍53 Qed.4R:o  
4.2相干传递函数57 n':!,a[  
4.3光学传递函数60 *0}3t<5  
4.3.1圆透镜61 ;?6No(/  
4.3.2环形透镜64 /MF!GM  
4.4三维传递函数的投影与截面65 (&P9+Tl  
4.4.1厚平面物体65 ]a!xUg!S  
4.4.2薄物体66 \|Ul]1pO8  
4.4.3线物体67 3 HIz9F(  
4.4.4点物体68 c= x,ijY "  
4.5聚焦和轴上传递函数69 3`#6ACF  
4.5.1聚焦传递函数69 Hw|AA?,0-  
4.5.2轴上传递函数71 ~\cO"(y5:O  
4.6相干成像和非相干成像的比较72 g(Io/hyj  
4.7空间滤波原理及应用74 ZWm8*}3]7_  
4.7.1正弦光栅图像76 A)
~X
,  
4.7.2相衬图像77 PI~1GyJr@;  
4.7.3光学数据处理78 Qq@G\eRo  
4.7.4其他的空间滤波器80 d~?X/sJ t  
参考文献81 vNeCpf  
第5章超短脉冲光束成像83 =1
u@7Bh  
5.1超短脉冲光束的产生83 h@@nR(<i  
5.2超短脉冲光束的时间和光谱分布85 a3VM'  
5.3脉冲光束照射下的衍射87 3VUWX5K?  
5.3.1圆孔87 #CnHf  
5.3.2圆屏91 AxZD-|.  
5.3.3锯齿孔92 #!9S}b$  
5.4材料色散对透镜透过率的影响94 iajX~kv  
5.5薄透镜的点扩散函数95 xy<`#  
5.5.1色差效应96 ] )"u+  
5.5.2降低色度的方法98 -\y-qHgb/  
5.5.3单点的时间相关图像100 R@*O!bD
 
5.6薄透镜的传递函数102 Y'u7 IX}  
5.6.1相干传递函数102 cDoo
*  
5.6.2光学传递函数105 ,j?.4{rHJ  
参考文献108 p)=~% 7DV  
第6章高数值孔径物镜成像109 0}:2Q#  
6.1高数值孔径物镜的影响109 { K_kPgKS  
6.2德拜理论111 Cv*x2KF G  
6.2.1德拜近似111 ;),BW
g  
6.2.2圆透镜的德拜积分112 NB7Y{) w  
6.2.3傍轴近似114 N6T{  
6.3切趾函数115 mrJQ#  
6.3.1正弦条件116 /{{UP-  
6.3.2赫歇尔条件118 ?+t1M
E|  
6.3.3均匀投影条件119 ph}j[Co  
6.3.4亥姆霍兹条件119 T?p`)  
6.4传递函数120 X>I)~z}9#  
6.4.1相干传递函数120 e2+BWKaU  
6.4.2光学传递函数122 W{5:'9,  
6.5矢量德拜理论124 bpkwn<7
-  
6.5.1矢量德拜积分124 }%-t+Tf,  
6.5.2焦面矢量点扩散函数126 ycJg%]F*5  
6.6电介质界面的矢量点扩展函数128 ai
'4_  
6.6.1单电介质界面129 Z Dhx5SL&  
6.6.2多介质界面132 Fa epDjY8  
参考文献134 '&FjW-`" G  
第7章有像差成像135 ;c
-3g]  
7.1有像差的衍射积分135 #Ch;0UvFF  
7.1.1存在像差的德拜积分135 aZk&`Jpz  
7.1.2斯特列尔强度137 FkqQf8HB  
7.2像差函数的展开138 hAqg Iu*  
7.2.1位移定理138 DOQc"+  
7.2.2泽尼克圆多项式138 =l9T7az  
7.3初级像差139 1mSaS4!"B  
7.3.1初级像差的定义139 +-
a&2J;J'  
7.3.2初级像差的表示140 J RPSvP\  
7.3.3存在初级像差时的衍射图样144 \]Dt4o*yZ  
7.4初级像差的容限条件146 s-W[.r|  
7.4.1瑞利四分之一波长准则146 WV"jH9"[  
7.4.2马雷查尔判据146 _Hd{sd#xX1  
7.5折射率不匹配引起的像差147 W"Jn(:&  
7.5.1介质界面引起的球差147 }sxn72,  
7.5.2由盖玻片导致的球差150 kLS(w??T  
7.6物镜管长变化导致的球差151 e#/kNHl  
参考文献152 _}mK!_`  
附录A傅里叶变换153 4.K'
\S  
A.1一维傅里叶变换153 ue8qIZH  
A.2二维傅里叶变换154 =3 +
l
 
A.3三维傅里叶变换154 m~],nl  
A.4傅里叶变换定理156 Q0{z).&\(e  
附录B汉克尔变换158 n(lk dw  
附录CDelta函数160 RiO="tX'  
索引162 Dz_eB"}  
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