本书首先介绍太赫兹数字全息的基本概念，然后介绍各种全息记录光路、再现算法和应用。其中，理论部分重点介绍衍射传播理论与数值计算，器件部分介绍目前使用较多的太赫兹源、探测器和成像器件;本书用较大篇幅介绍了多种根据太赫兹波传播特点及不同应用场景发展的数字全息成像与测量技术，包括同轴数字全息、菲涅耳数字全息、傅里叶数字全息和其他连续太赫兹波全场成像方
法，展望了连续太赫兹波数字全息技术的研究前沿和实用化前景。本书内容翔实，并提供了国内外近年来在本领域的丰富的研究实例，可供光信息技术及太赫兹领域的研究人员与工程应用人员阅读，也可供大专院校光学、光学工程和光电子学等相关专业的师生参考。
前言
太赫兹是指位于毫米波与红外波之间、处在宏观电子学向微观光子学过渡，频率为 0.1 ~ 10THz（波长为 30m ~ 3mm）的电磁波。由于其能非电离地穿透塑料、纸张、纺织品、木制品等大量非极性、非金属材料，并有惧水性、分子指纹性等独有的特点，不仅在基础学科研究和前沿交叉领域能够展现出诱人前景，而且在医学成像、无损检测、材料表征等诸多应用领域发展迅速。
对于弱吸收的样品，相位成像技术能够反映由样品物理厚度和折射率决定的定量相位分布，可提供更准确的内部结构和更加丰富全面的样品信息。一方面，现有太赫兹逐点扫描成像方法的速率上限受到成像精度的限制，并且样品边缘的成像质量往往受到衍射效应的影响；另一方面，价格高、光路复杂的脉冲源输出的太赫兹波功率较低，并且对样品制备和实验环境通常有较高的要求。近年来，太赫兹成像器件产业发展迅速，二氧化碳泵浦激光器、量子级联激光器、倍频源等大功率连续太赫兹辐射源，以及热释电探测器、微测热辐射计探测器等非制冷面阵探测器，并已经被广泛采用，不断涌现出各种满足不同样品和应用场景的成像方法和光路结构。其中，基于干涉的数字全息术已被成功引入太赫兹波段，利用紧凑的无透镜光路全场记录数字全息图，通过基于标量衍射的传播计算，实现高保真、高分辨率、全场定量快速相位成像。本书作者团队在太赫兹相位成像与衍射光学元件等领域开展了多年的研究，本书基于相关研究案例进行介绍，供读者参考。
本书共 5 章：第 1 章概述面向太赫兹数字全息术的太赫兹辐射源、探测器及相关成像器件，介绍标量衍射传播理论和衍射传播的数值计算方法；第 2 章系统介绍同轴数字全息术，设计相位恢复算法、全息术再现算法、成像分辨率和成像质量提高方法；第 3 章介绍连续太赫兹波离轴菲涅耳数字全息术，包括可应用于反射式物体表面形貌检测的菲涅耳数字全息反射式成像方法、可以测量固液态样品底面折射率分布的全内反射式太赫兹数字全息术、光路紧凑、高稳定性的自参考共光路太赫兹数字全息术，相移数字全息和双波长数字全息等技术；第 4 章介绍无透镜傅里叶变换数字全息术，包括透射式光路和反射式光路；第 5 章介绍基于衍射的太赫兹叠层成像技术，可对大尺寸样品相位成像，包括透射式、反射式、多物面、平面波照明和球面波照明等各种光路结构，以及探针位置校正和外推算法；戎路主要编写本书第 2~5 章内容，王大勇编写本书第 1 章内容。
作者所在课题组的王云新教授、赵洁副教授、赵航副研究员，以及研究生刘乂铭、吉斌杰、季晓迪等为本书的编写给予了很大帮助，国内外太赫兹领域众多专家学者长期以来对本课题组给予了很多指导和支持，在此一并表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。
戎路、王大勇
2025 年 5 月于北京工业大学
书单推荐
