统计光学...

统计光学是研究光波的随机性的学科。在大多数介绍性课程中，我们把光波当成确定的工程量，用符合麦克斯韦方程的电磁场来描述。这一处理在理解光学现象时足够了。然而，当把光场看成统计实体来重新表达时，我们能发现大量的现象及应用。量子物理学家是最先发现决定论的合理解释的，虽然让守法的反对赌博的公民觉得舒服， 但是不足以圆满地描述整个自然界。随机性事件在我们周围大量存在，并在光学现象产生的微观和纳观尺寸占支配地位（光和物质的相互作用发生于波长尺寸内，对可见光来说大约是0.5微米）。这门课中我们不会进入量子世界；经典的唯象的模型足以描述随机性，我们将在此基础上阐明统计光学。我们将用随机过程的基本公式描述随机光场和用光学元件组成的框图模型表达的傅立叶光学（除了随机输入）。


我能从统计光学的学习中得到什么？

• 对光学的深刻理解，因为当从统计的观点出发看到"死的"字样的时候，那个简单的确定的概念一定会得到强化。
• 洞察自然界中其他的随机过程，例如：随机的机械和结构振动，电路中的噪声，等等。不奇怪的是，这些不同的主题间的公式和特性在本质上是如此相似。
• 光学知识熟练的交叉应用，最主要的是成像（在通讯和计算中也有应用）。传统的成像模型（例如，多透镜元件系统中的几何的和聚焦的设计考虑）随着光学学科和快而可承受的起的数字处理的发展而迅速的过时。统计光学引导了这场变革因为它比几何光学和麦克斯韦波动光学发现了更多光场的特性。下面给出了两个新的，非传统的成像仪器。

超大规模(VLA)射电望远镜阵列。 (图像得到 National Radio Astronomy Observatory的许可.)

VLA位于新墨西哥州的Socorro,用了27个天线组成了一个口径达1.3km到13km的阵列来观察非常远的恒星和星系。VLA工作的数学原理是van Cittert-Zernicke定理，可使我们将不同天线（两两一对）的无线电信号的自相关统计与远处射电源的结构联系起来。

光学相干层析成像（OCT）。(图像来自LightLab Imaging LLC. 得到使用许可。)

OCT是一种无创伤的医学成像技术，它发掘光的相干特性以获得组织的深度信息。它基于“白光的干涉测量术”，一个初看起来可能会觉得自相矛盾的术语（白光怎么能相干呢？）。如经适当开发的话，白光干涉能提供非常好的深度分辨率（好过1微米）并且相当好的横向分辨率（~10-30微米,受到组织的不规则性的限制）。