本書是J.W.Goodman所著《統(tǒng)計(jì)光學(xué)》的第二版�！禕R》 本書秉承第一版的精神，用通信理論中的概率統(tǒng)計(jì)方法，研究光場本身、光傳播過程及檢測接收時(shí)的隨機(jī)漲落。它既是一門應(yīng)用科學(xué)，在信息光學(xué)中有廣泛的應(yīng)用，又涉及對于光的本性的理解，同光學(xué)中的其他分支有著密切聯(lián)系，它的基礎(chǔ)知識已經(jīng)成為光學(xué)工作者的必備知識。
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目錄
中文第二版前言
第二版序
中文（初）版序言
初版序
第一章 引言 1
1.1 確定性的與統(tǒng)計(jì)的現(xiàn)象和模型 1
1.2 光學(xué)巾的統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象 2
1.3 本書內(nèi)容概述 4
第二章 隨機(jī)變量 5
2.1 概率的定義和隨機(jī)變量 5
2.2 分布函數(shù)和密度函數(shù) 6
2.3 推廣到兩個(gè)或多個(gè)聯(lián)合隨機(jī)變量 9
2.4 統(tǒng)計(jì)平均 11
2.4.1 隨機(jī)變量的矩 12
2.4.2 多個(gè)隨機(jī)變量的聯(lián)合矩 12
2.4.3 特征函數(shù)和矩生成函數(shù) 14
2.5 隨機(jī)變量的變換 16
2.5.1 普遍變換 16
2.5.2 單調(diào)變換 18
2.5.3 多元變換 20
2.6 實(shí)數(shù)隨機(jī)變量之和 21
2.6.1 求Pz(z)的兩種方法 22
2.6.2 獨(dú)立隨機(jī)變量 23
2.6.3 中心極限定理 24
2.7 Gauss型隨機(jī)變量 25
2.7.1 定義 25
2.7.2 Gauss型隨機(jī)變量的特殊性質(zhì) 27
2.8 復(fù)數(shù)值隨機(jī)變量 29
2.8.1 一般描述 29
2.8.2 復(fù)數(shù)Gauss型隨機(jī)變量 30
2.8.3 復(fù)數(shù)值Gauss矩定理 32
2.9 隨機(jī)相矢量和 33
2.9.1 初始假設(shè) 33
2.9.2 均值、方差和相關(guān)系數(shù)的計(jì)算 34
2.9.3 長度和相位的統(tǒng)計(jì) 35
2.9.4 一個(gè)常相矢量加一個(gè)隨機(jī)相矢量和 37
2.9.5 強(qiáng)恒定相矢量加一個(gè)弱隨機(jī)相矢量和 40
2.10 Poisson隨機(jī)變量 41
習(xí)題 41
第三章 隨機(jī)過程 45
3.1 隨機(jī)過程的定義和描述 45
3.2 平穩(wěn)性和遍歷性 47
3.3 隨機(jī)過程的譜分析 51
3.3.1 已知函數(shù)的譜密度 51
3.3.2 隨機(jī)過程的譜密度 52
3.3.3 隨機(jī)過程經(jīng)線性濾波后的能譜密度和功率譜密度 53
3.4 自相關(guān)函數(shù)和Wiener-Khinchin定理 55
3.4.1 定義及性質(zhì) 55
3.4.2 與功率譜密度的關(guān)系 55
3.4.3 一個(gè)計(jì)算例子 57
3.4.4 自協(xié)方差函數(shù)和結(jié)構(gòu)函數(shù) 59
3.5 變叉相關(guān)函數(shù)和交叉譜密度 59
3.6 Gauss型隨機(jī)過程 61
3.6.1 定義 61
3.6.2 經(jīng)過線性濾波后的Gauss型隨機(jī)過程 62
3.6.3 廣義平穩(wěn)性和嚴(yán)格平穩(wěn)性 63
3.6.4 四階矩和高階矩 63
3.7 Poisson脈沖過程 63
3.7.1 定義 63
3.7.2 從基本假設(shè)推導(dǎo)Poisson統(tǒng)計(jì) 66
3.7.3 從隨機(jī)事件時(shí)間推導(dǎo)Poisson統(tǒng)計(jì) 67
3.7.4 Poisson過程的能譜密度和功率譜密度 68
3.7.5 雙重隨機(jī)Poisson過程 70
3.7.6 經(jīng)過線性濾波的Poisson脈沖過程 72
3.8 從解析信號導(dǎo)出的隨機(jī)過程 74
3.8.1 單色信號的復(fù)信號表示 74
3.8.2 非單色信號的復(fù)信號表示 75
3.8.3 復(fù)包絡(luò)或隨時(shí)間變化的相矢量 77
3.8.4 解析信號作為 復(fù)數(shù)值隨機(jī)過程 77
3.9 圓形復(fù)數(shù)Gauss型隨機(jī)過程 80
3.10 Karhunen-Loeve展開 81
習(xí)題 83
第四章 光的某些一階統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 87
4.1 光的傳播 87
4.1.1 單色光 87
4.1.2 非單色光 88
4.1.3 窄帶光 89
4.1.4 強(qiáng)度或輻照度 90
4.2 熱光 91
4.2.1 偏振熱光 91
4.2.2 非偏振熱光 94
4.3 部分偏振熱光 95
4.3.1 窄帶光通過偏振敏感系統(tǒng) 95
4.3.2 相干矩陣 97
4.3.3 偏振度 100
4.3.4 瞬時(shí)強(qiáng)度的一階統(tǒng)計(jì) 102
4.4 單模激光 103
4.4.1 理想振蕩 104
4.4.2 具有隨機(jī)的瞬時(shí)頻率的振蕩 105
4.4.3 Van der Pol振子模型 106
4.4.4 激光器輸出強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)的一個(gè)更完備的解 112
4.5 多模激光 114
4.5.1 振幅統(tǒng)計(jì) 115
4.5.2 強(qiáng)度統(tǒng)計(jì) 116
4.6 激光通過變動的漫射體產(chǎn)生的贗熱光 118
習(xí)題 119
第五章 光波的時(shí)間相干性和空間相干性 122
5.1 時(shí)間相干性 122
5.1.1 測量時(shí)間相干性的干涉儀 123
5.1.2 自相關(guān)函數(shù)對預(yù)言干涉圖的作用 125
5.1.3 干涉圖與光的功率譜密度的關(guān)系 127
5.1.4 Fourier變換光譜學(xué) 130
5.1.5 光學(xué)相干層析術(shù) 132
5.1.6 相干復(fù)用技術(shù) 137
5.2 空間相干性 138
5.2.1 Young氏實(shí)驗(yàn) 139
5.2.2 實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)描述 140
5.2.3 若干幾何因素的考慮 143
5.2.4 準(zhǔn)單色條件下的干涉 145
5.2.5 交叉譜密度和譜相干度 147
5.2.6 相干性的各種度量的小結(jié) 149
5.2.7 針孔有限大小的效應(yīng) 150
5.3 窄間相干性與時(shí)間相干性的可分離性 151
5.4 互相干的傳播 153
5.4.1 基于Huygens-Fresnel原理的解 153
5.4.2 支配互相干性傳播的波動方程 155
5.4.3 交叉譜密度的傳播 157
5.5 互相干函數(shù)的特殊形式 157
5.5.1 相干光場 158
5.5.2 非相干光場 160
5.5.3 Schell模型光場 161
5.5.4 準(zhǔn)均勻光場 161
5.5.5 互強(qiáng)度函數(shù)的相干模式展開 162
5.6 部分相干光被一個(gè)透射結(jié)構(gòu)衍射 162
5.6.1 薄透射結(jié)構(gòu)對互強(qiáng)度的作用 163
5.6.2 觀察到的強(qiáng)度圖樣的計(jì)算 163
5.6.3 討論 165
5.6.4 一個(gè)實(shí)例 166
5.7 Van Cittert-Zernike定理 167
5.7.1 定理的數(shù)學(xué)推導(dǎo) 168
5.7.2 討論 169
5.7.3 一個(gè)實(shí)例 170
5.8 廣義Van Cittert-Zernike定理 173
5.9 統(tǒng)計(jì)平均相干性 l75
習(xí)題 177
第六章 涉及高階相干性的 些問題 183
6.1 熱光或膺熱光的積分強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 184
6.1.1 積分強(qiáng)度的均值與方差 184
6.1.2 積分光強(qiáng)概率密度函數(shù)的近似形式 187
6.1.3 積分光強(qiáng)概率密度函數(shù)的“精確”解 191
6.2 有限測量時(shí)間下互強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)特性 195
6.2.1 J12（T）的實(shí)部和虛部的矩 196
6.3 強(qiáng)度干涉儀的經(jīng)典分析 200
6.3.1 振幅干涉度量學(xué)和強(qiáng)度干涉度量學(xué) 201
6.3.2 強(qiáng)度干涉儀的理想輸出 202
6.3.3 干涉儀輸出中的“經(jīng)典”噪聲或“自”噪聲 205
習(xí)題 208
第七章 部分相干性對成像系統(tǒng)的影響 210
7.1 預(yù)備知識 210
7.1.1 部分相干光通過薄透射結(jié)構(gòu) 210
7.1.2 Hopkins公式 212
7.1.3 焦平面到焦平面之間相干性的關(guān)系 214
7.1.4 般光學(xué)成像系統(tǒng) 214
7.2 像強(qiáng)度的空間域計(jì)算 216
7.2.1 計(jì)算照射到物體上互強(qiáng)度的一種方法 217
7.2.2 Zernike近似 217
7.2.3 臨界照明和科勒照明 219
7.3 像強(qiáng)度譜的頻率域計(jì)算 220
7.3.1 在頻率域中互強(qiáng)度的關(guān)系 220
7.3.2 傳遞交叉系數(shù) 222
7.4 非相干極限和相干極限 224
7.4.1 非相干情況 225
7.4.2 相干情況 226
7.4.3 光學(xué)成像系統(tǒng)何時(shí)是完全相干的或者是完全非相干的？ 227
7.5 若干實(shí)例 229
7.5.1 兩個(gè)相距很近的點(diǎn)的像 229
7.5.2 振幅階躍的像 232
7.5.3 弧度相位階躍的像 233
7.5.4 正弦振幅物體的像 233
7.6 在干涉度量過程中像的形成 236
7.6.1 成像系統(tǒng)作為一個(gè)干涉儀 236
7.6.2 非相干物體的情況 238
7.6.3 用干涉儀收集像的信息 240
7.6.4 Michelson測星干涉儀 242
7.6.5 相位信息的重要性 243
7.6.6 一維情況下的相位信息恢復(fù) 245
7.6.7 二維情況下的相位信息恢復(fù)——迭代相位恢復(fù) 247
7.7 相干成像中的散斑效應(yīng) 249
7.7.1 散斑的起源和一階統(tǒng)計(jì) 250
7.7.2 統(tǒng)計(jì)平均Van Cittert-Zernike定理 251
7.7.3 圖像散斑的功率譜密度 253
7.7.4 散斑的抑制 255
習(xí)題 258
第八章 通過隨機(jī)非均勻介質(zhì)時(shí)的成像 261
8.1 薄隨機(jī)屏對像質(zhì)的影響 262
8.1.1 假設(shè)和簡化 262
8.1.2 平均光學(xué)傳遞函數(shù) 263
8.1.3 平均點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù) 265
8.2 隨機(jī)相位屏 265
8.2.1 一般表述 266
8.2.2 Gauss隨機(jī)相位屏 266
8.2.3 相位方差很大時(shí)平均OTF和平均PSF的極限形式 270
8.3 當(dāng)作厚相位屏的地球大氣 272
8.3.1 定義和符號 273
8.3.2 大氣模型 275
8.4 電磁波通過非均勻大氣的傳播 278
8.4.1 非均勻介質(zhì)中的波動方程 278
8.4.2 Born近似 280
8.4.3 Rytov近似 281
8.4.4 強(qiáng)度統(tǒng)計(jì) 283
8.5 長曝光OTF 285
8.5.1 用波結(jié)構(gòu)函數(shù)表示長曝光OTF 286
8.5.2 波結(jié)構(gòu)函數(shù)的近場計(jì)算 289
8.5.3 折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)C2的平滑變化效應(yīng) 294
8.5.4 大氣相干直徑r0 296
8.5.5 球面波的結(jié)構(gòu)函數(shù) 298
8.5.6 推廣到更長的傳播路程——對數(shù)振幅和相位濾波函數(shù) 298
8.6 短曝光OTF 304
8.6.1 長曝光和短曝光的比較 304
8.6.2 平均短曝光OTF的計(jì)算 305
8.7 星體散斑干涉計(jì)量術(shù) 309
8.7.1 方法的原理 310
8.7.2 對方法的一個(gè)啟發(fā)性分析 312
8.7.3 模擬 314
8.7.4 更完全的分析 316
8.8 交叉譜或Knox-Thompson技術(shù) 317
8.8.1 交叉譜傳遞函數(shù) 317
8.8.2 對的制約 318
8.8.3 模擬 319
8.8.4 從交叉譜復(fù)原物譜相位信息 320
8.9 雙譜技術(shù) 321
8.9.1 雙譜傳遞函數(shù) 322
8.9.2 從雙譜中復(fù)原全部物的信息 323
8.10 自適應(yīng)光學(xué) 324
8.11 理論結(jié)果的普遍性 327
8.12 激光照明的物通過有湍流的大氣成像 328
習(xí)題 330
第九章 光的光電探測的基本限制 335
9.1 光電探測的半經(jīng)典模型 335
9.2 經(jīng)典光強(qiáng)的隨機(jī)漲落的效應(yīng) 337
9.2.1 十分穩(wěn)定的單模激光器的光電計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) 338
9.2.2 偏振熱光的光電計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) 339
9.2.3 偏振效應(yīng) 342
9.2.4 空間相干性不完全的效應(yīng) 344
9.3 簡并參量 345
9.3.1 光電計(jì)數(shù)的漲落 346
9.3.2 黑體輻射的簡并參量 348
9.3.3 讀出噪聲 351
9.4 振幅干涉儀在低光功率下的噪聲限制 353
9.4.1 測量系統(tǒng)及待測的量 354
9.4.2 計(jì)數(shù)矢量的統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 355
9.4.3 離散Fourier變換作為估值工具 356
9.4.4 可見度和相位估值的精度 358
9.4.5 振幅干涉儀舉例 361
9.5 強(qiáng)度干涉儀在低光功率下的噪聲限制 361
9.5.1 強(qiáng)度干涉儀的計(jì)數(shù)方式 362
9.5.2 計(jì)數(shù)漲落乘積的期望值及其與條紋可見度的關(guān)系 362
9.5.3 和可見度估值關(guān)聯(lián)的信噪比 364
9.5.4 強(qiáng)度干涉儀舉例 366
9.6 星體散斑干涉計(jì)量術(shù)中的噪聲限制 368
9.6.1 探測過程的連續(xù)模型 368
9.6.2 探測到的像的譜密度 370
9.6.3 像的譜密度估值的漲落 372
9.6.4 星體散斑干涉計(jì)量術(shù)的信噪比 374
9.6.5 結(jié)果的討論 375
習(xí)題 376
附錄A Fourier變換 380
A.1 Fourier變換的定義 380
A.2 Fourier變換的基本性質(zhì) 381
A.3 Fourier變換表 383
附錄B 隨機(jī)相矢量和 385
附錄C 大氣濾波函數(shù) 389
附錄D 星體散斑干涉儀分析 393
附錄E 探測出的散斑像的譜的四階矩 396
參考文獻(xiàn) 399
漢英對照索引 411
譯后記 428
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