前言

光学是一门较早发展的学科，它在科学与技术的发展史上占有重要地位。但是光学发展最快的时期还是20世纪，尤其是20世纪下半叶，包括信息光学在内的近代光学对信息时代的到来起了十分重要的作用。

信息光学是将信息科学中的线性系统理论引入光学而逐步形成的。1947 年作为像质评价的光学传递函数的建立，1948年全息术的提出，以及1960 年激光的诞生，是信息光学发展中的几件大事。激光的应用使全息术获得了新的生命，全息术和光学传递函数的进一步发展，加上将数学中的傅里叶变换和通信中的线性系统理论引入光学，使光学和通信这两个不同的领域在信息学范畴内统一起来，光学研究也从“空域”走向“频域”。光学工程师不再仅仅限于用光强、振幅或透过率的空间分布来描述光学图像，也能像电气工程师那样用空间频率的分布和变化来描述光学图像，为光学信息处理开辟了广阔的应用前景。与其他形态的信号处理相比，光学信息处理具有高度并行、大容量的特点。近年来，这一学科发展很快，理论体系已日趋成熟，信息光学已渗透到科学技术的诸多领域，成为信息科学的重要分支，得到越来越广泛的应用。

本书的前三章是理论基础部分。第1章的主要内容是二维线性系统分析，包括信息光学中一些必要的数学知识，以及线性系统的分析方法、二维傅里叶变换和信息科学的另一基础——抽样定理。第2、3章运用空间域和频率域方法讨论了光波携带信息在自由空间或经过光学系统的传播问题，以及透镜系统的傅里叶变换性质。第2 章介绍标量衍射理论，分别讨论了基尔霍夫衍射理论和衍射的角谱理论，两种理论分别从空间域和频率域讨论衍射现象，分别以球面波和平面波作为基元函数描述光波的传播现象。第3 章关于光学系统的频谱分析与以往多数教材不同，对透镜的傅里叶变换性质给出一个统一的表达方式，并得出不同情况下的结果。由此出发进一步分析相干与非相干成像系统，给出成像系统的相干传递函数与光学传递函数。第4章侧重讨论光学全息的基本原理，介绍一些重要的全息图以及光学全息术的主要应用。第5章重点讨论计算全息的理论基础、基本原理及制作方法，介绍一些典型的计算全息图及其主要应用。通过计算全息发展的历史过程和不同学科专家对计算全息方法的看法，使学生加深对科学理论的普遍性和多学科交叉融合的必要性的认识。第6章为光学信息处理，介绍了应用信息光学基本原理处理光学信息的主要方法，重点讨论了空间滤波、相干光学处理、非相干光学处理。第7 章讨论信息光学的两个重要应用方面——光信息存储与三维全息显示。第8章讨论了信息光学技术在现代光通信技术中的一些特别的应用，包括能够用于密集波分复用技术的光分插复用器和光纤系统的色散补偿的布拉格光纤光栅，超短脉冲的整形和处理，光谱全息术，阵列波导光栅等。第7、8两章的内容反映了信息光学领域的最新进展。

本书特点：一是把光学看做信息科学技术的一个重要组成部分进行研究；二是密切联系实际，启发学生用信息光学的基础理论解决光学信息技术的各种应用问题；三是配有许多独具匠心的习题，以及有关参考文献，可以引导读者自学，启发读者思维，培养创新能力。

本书第1～6章是本科生必读的部分，其他两章可根据具体情况选读。

本书第1～3章由吕乃光编写，第4～6章由苏显渝编写，第7～8章由陈家璧编写。本书3位作者长期从事与信息光学有关的教学和科研工作，对所撰写章节有关的内容和最新发展十分熟悉，其中凝结了他们自己的教学心得和研究成果。3位作者是清华大学光学仪器专业光八班毕业的同班同学，从1962—1968年，曾在美丽的清华园同窗六载。值此清华大学百年校庆即将到来之际，仅以本教材献给亲爱的母校。

本书在编写过程中得到了中国工程院院士、清华大学金国藩教授的悉心指导。金先生对信息光学的教育和学科发展非常重视，对本书的内容和结构提出了指导性的意见，仔细审阅了全部书稿，并欣然为本书作序，使作者得益匪浅，并倍受鼓舞。在此对金先生表示衷心感谢。

编 者