具体描述
From fundamentals to advanced experiments and applications, this book explains how holography works. It guides students from simple optics to advanced topics in holography, following a practical approach using real-world materials. This proven university textbook contains exercises plus solutions as well as instructions for more than 20 experiments.
《光影的迷宫：探索二维表面上的三维幻象》 图书简介 在这部引人入胜的著作中，我们将踏上一段跨越光学、材料科学与感知心理学的深度旅程，探索如何利用前所未有的技术手段，在平面载体上精确地重建和再现三维世界的复杂信息。本书并非聚焦于某一种特定的成像技术，而是致力于解构“维度转换”这一核心概念背后的物理原理、历史演进及其在现代科技中的前沿应用。 第一部分：视觉的本质与信息的编码 在传统的图像再现方式中，我们习惯于接受二维投影带来的信息损失——深度、视差和运动引起的立体感被简化为单幅画面的光强和色彩分布。本书开篇便深入探讨人眼如何感知深度，以及我们的大脑如何通过双目视觉、运动视差和聚焦调节等机制构建起对真实三维空间的认知模型。 随后，我们将转向信息的编码层面。真正的三维信息，其核心在于记录和再现物体表面反射或发出的光波场（Wavefront）。我们详细剖析了傅里叶光学的基础理论，特别是菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的数学描述。理解这些基础，是理解任何高级三维成像技术的基石。我们将展示如何通过数学工具，将复杂的三维光场信息，精确地映射（编码）到一个二维的记录介质上。这涉及对相位信息（Phase Information）的捕捉与重构，因为相位，而非仅仅振幅（即我们肉眼所见的亮度），才是决定光波三维结构的关键要素。 第二部分：从干涉到信息存储的物理学 本书的中间部分，将聚焦于实现光场记录和再现所需的核心物理现象——光波的干涉（Interference）。我们将追溯到早期的光学实验，阐述如何通过精确控制两束或多束光波的叠加，在特定的记录材料（如感光乳剂或数字传感器）上形成微米甚至纳米级别的干涉条纹。 我们对干涉条纹的形成过程进行细致的分析，特别是理解条纹的周期性与记录物体的空间频率之间的关系。这部分内容将涵盖各种空间调制技术，包括但不限于基于相干光束的记录方法，以及如何应对环境因素（如温度、振动）对干涉稳定性的挑战。 紧接着，我们将探讨信息解码——即如何“读取”这些记录下的干涉模式，并将其重新转换为三维光场。这涉及到对再现过程的深入研究。当一个参考光束（Reference Beam）照射到记录介质上时，衍射现象会发生。我们运用标量衍射理论和矢量衍射理论，精确推导出再现光波的形态，解释为什么只有按照特定角度和波长照射，才能“激活”记录的信息，并重现出与原始场景完全一致的立体图像。 第三部分：新一代三维显示与感知体验 随着数字技术的飞速发展，信息的记录和再现已经从纯粹的模拟化学过程，迈向了高速的数字处理时代。本书的最后一部分将目光投向当代最前沿的技术发展。 我们详细考察了数字空间光调制器（Spatial Light Modulators, SLMs）的工作原理，以及它们如何取代传统的记录介质，实现实时、可编程的光场调控。这包括对数字全息原理的解析，讨论如何利用快速傅里叶变换（FFT）算法，在计算机中模拟光场的传播、记录和重构过程。 此外，我们还会深入探讨“眼镜式”和“无眼镜式”三维显示技术的演进路线。无眼镜式技术，如基于微透镜阵列（Lenticular Arrays）和光场显示（Light Field Displays）的原理，将被置于一个统一的理论框架下进行比较分析。我们会阐述它们如何通过空间复用（Spatial Multiplexing）技术，将不同视点的光线引导至观看者的不同眼睛，从而欺骗视觉系统，产生强烈的立体感。 最后，本书不会止步于技术展示，更会探讨三维信息在未来生活中的哲学和社会意义。从高保真的信息传输，到沉浸式的教育和娱乐体验，理解光场重构的底层机制，是设计下一代人机交互界面的关键。 本书特色： 跨学科深度融合： 结合了经典光学、数学物理、信号处理和现代显示工程的知识体系。 理论与实践并重： 每一关键概念的阐述都伴随着严谨的数学推导和对实际设备工作状态的分析。 前瞻性视野： 对新兴的光学计算和深度学习在光场重构中的应用进行了探讨，为研究人员和工程师指明了未来方向。 《光影的迷宫》是一部为物理学爱好者、光学工程师、计算机图形学专家以及任何对如何用光线“捕捉和重塑现实”充满好奇的读者量身打造的权威指南。它将带领您穿透现象的表象，直抵三维信息再现的科学核心。
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