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第一篇 激光测量基础 3

第一章 激光和相干理论 3

一、激光的特性 3

(一)单色性 3

(二)方向性 4

(三)相干性 4

(四)高亮度 5

二、相干性的光子描述 5

(一)光子的基本性质 6

(二)光波模式、光子状态和相格 6

(三)光子相干性 7

(四)相干性的同一理论 9

三、相干函数和相干度 9

(一)光波的数学描述 9

(二)相干函数和相干度 11

(三)相干度与条纹的可见度 12

四、时间相干性 13

(一)时间相干性的内涵 13

(二)时间相干性的量度 14

五、空间相干性 15

(一)空间相干性的内涵 15

(二)空间相干性的量度 16

(三)时间相干性和空间相干性同时考虑的情况 17

六、激光的相干性 18

(一)激光光源的时间相干性 18

(二)激光光源的空间相干性 19

(三)激光干涉条纹的可见度 19

七、高阶相干性 20

参考文献 21

第二章 激光器的物理基础 22

一、辐射过程与Einstein系数 22

(一)量子态的辐射过程 22

(二)自发发射 23

(五)Einstein关系式 24

(四)受激吸收 24

(三)受激发射 24

(六)光子简并序 25

二、谱线自然加宽与线型函数 26

(一)谱线自然加宽 26

(二)线型函数 28

三、均匀加宽与非均匀加宽 29

(一)非辐射跃迁 29

(二)碰撞加宽(压力加宽) 29

(三)均匀加宽 32

(四)Doppler加宽 33

(五)非均匀加宽 34

(六)综合加宽 35

(七)多能级系统的情况 37

(八)纵向弛豫时间和横向弛豫时间 38

四、激光器速率方程组 39

(一)三能级系统的速率方程组 39

(二)四能级系统的速率方程组 42

五、增益与损耗 43

(一)增益 43

(二)损耗 45

六、增益饱和 47

(一)均匀加宽增益饱和 47

(二)非均匀加宽增益饱和 48

七、激光振荡条件 50

八、均匀加宽激光器与非均匀加宽激光器 53

(一)均匀加宽激光器 53

(二)非均匀加宽激光器 54

(三)Lamb凹陷 55

九、激光器输出线宽极限 56

十、激光器频率牵引 58

十一、光学谐振腔的本征模 60

(一)本征膜 60

(二)圆形镜共焦腔的模式 61

参考文献 64

(一)原子激光器 65

一、气体激光器 65

第三章 激光器 65

(二)离子激光器 68

(三)分子激光器 71

二、固体激光器 76

(一)红宝石激光器 77

(二)掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)激光器 78

(三)钕玻璃激光器 79

(四)板条激光器 79

(五)半导体激光泵浦固体激光器(DPL) 80

(六)可调谐固体激光器 81

(七)光纤激光器 85

(一)半导体p-n结及其能带结构 86

三、半导体激光器 86

(二)载流子注入 87

(三)半导体集居数分布反转的条件 88

(四)同质结和异质结半导体激光器 89

(五)激光振荡模式 90

(六)分布反馈式半导体激光器 92

(七)量子阱、量子阱线和量子阱箱激光器 93

(八)微腔激光器 96

四、液体有机染料激光器 98

(一)染料分子的能级、吸收及荧光 98

(三)染料激光器的泵浦 100

(三)高速Moiré形貌 100

(二)染料分子的三重态“陷阱”效应 100

(四)染料激光器的调谐 101

参考文献 102

(一)光调制的基本概念 103

第四章 激光器单元技术 103

一、激光调制技术 103

(二)电光调制 104

(三)声光调制 111

(四)磁光调制 116

(五)电源调制 117

(六)其他调制 117

二、激光偏转技术 118

(一)机械偏转 119

(二)电光偏转 120

(三)声光偏转 122

三、激光调Q技术 124

(一)调Q原理 124

(二)电光调Q 124

(三)声光调Q 126

(四)可饱和吸收调Q 127

四、激光锁模技术 128

(五)几种调Q激光器比较 128

(一)模式锁定的基本特性 129

(二)典型锁模技术 130

(三)单脉冲选取 134

五、激光选模技术 135

(一)横模选择技术 135

(二)纵模选择技术 137

六、激光稳频技术 140

(一)激光器频率稳定度和再现度 140

(二)激光频率主动稳频的方法 141

七、激光放大技术 144

(一)行波放大器 145

(二)注入放大器 146

(三)光纤放大器 147

八、激光稳强技术 148

(一)非线性光学概念 149

九、倍频与参量振荡 149

(二)非线性光学的数学描述及三波耦合 150

(三)光学倍频(二次谐波产生)技术 151

(四)光参量振荡技术 155

参考文献 156

第五章 激光束和激光束传输系统 157

一、Gaussian光束 157

(一)圆形镜共焦腔的行波场 157

(二)Gaussian光束的基本特性 158

(三)一般稳定球面腔与共焦腔的等价性 160

二、Gaussian光束的传输 162

三、Gaussian光束变换的ABCD定则 164

(一)Gaussian光束通过薄透镜的变换 164

(二)Gaussian光束通过复杂透镜的变换 164

四、Gaussian光束的聚焦和准直 166

(一)Gaussian光束的聚焦 166

(二)Gaussian光束的准直 168

五、Gaussian光束的图解法--Collins图 170

六、Gaussian光束通过圆孔的衍射 171

(一)Kirchhoff-Huygens衍射积分 171

(二)Gaussian光束的Frauuhofer圆孔衍射 173

(三)Gaussian光束的fResnel圆孔衍射 175

(四)基模Gaussian光束的有效通光孔径 176

七、Gaussian光束通过透镜序列的传输 177

八、Gaussian光束在具有平方折射率分布的媒质中的传输 178

九、椭圆Gaussian光束 182

(一)圆形Gaussian光束的匹配 184

十、Gaussian模的匹配 184

(二)椭圆光束与圆光束的匹配 186

十一、光束耦合 187

(一)直接耦合 187

(二)棱镜耦合 189

(三)光栅耦合 191

十二、无衍射光束 192

(一)Bessel光束和Bessel-Gauss光束 192

(二)Fresnel衍射的轴向强度 192

(三)Fresnel衍射的横向强度分布 197

参考文献 200

第六章 偏振光技术与偏光器件 201

一、偏振光概念 201

(一)光的偏振概念 201

(二)Fresnel公式及有关概念 202

二、偏振光的数学表示与计算 203

(二)Poincare球作图法 204

(一)电矢分量方法 204

(三)Stokes矢量表示法 205

(四)Jones矢量方法 205

三、偏光变换器件的矩阵表示 206

(一)Mueller矩阵和Jones矩阵计算方法 206

(二)矩阵运算 206

(三)Jones矩阵举例 207

(四)Mueller矩阵 209

(五)Jones矩阵和Mueller矩阵的比较 210

(六)相干矩阵 210

四、偏振光的获得及偏光器件 211

(一)由反射和折射产生偏振光 211

(二)薄膜干涉起偏镜 212

(三)二向色偏光镜和线栅偏光镜 213

(四)晶体与双折射 216

(五)棱镜型偏光器件 219

(六)退偏器件 226

五、光学延迟和补偿器件 228

(一)相位延迟片 228

(二)光学补偿器 234

六、偏光参数测量 236

(一)偏光器件主透射比和消光比的测量 237

(二)Stokes参量的测量 239

(三)波片相位延迟的精确测量 244

七、偏光器件与偏光技术应用举例 247

(一)偏光干涉法测量激光发散角 247

(二)偏光隔离技术 248

(四)偏振和光学逻辑 250

(三)偏振成像 250

参考文献 251

第七章 光电探测器和光电探测技术 252

一、光子效应和光热效应 252

(一)光子效应 252

(二)光热效应 254

(三)光电转换定律 255

二、光电探测器的特性参数和噪声 256

(一)光电探测器特性参数 256

(二)光电探测器噪声 258

三、光电倍增管 260

四、光电导探测器 263

(一)光电转换规律 263

(二)工作特性 264

五、光伏探测器 267

(一)两种工作模式 267

(二)器件特性 268

(三)PIN硅光电二极管 270

(四)异质结光电二极管 270

(五)雪崩光电极管(APD) 271

(七)位置敏感探测器(PSD) 272

(六)Schottky势垒光电二极管 272

(八)光电三极管 274

(九)长波长红外焦平面阵列 274

六、电荷耦合器件 275

七、热释电探测器 277

(一)光子牵引探测器 278

八、其他光探测器 278

(三)Josephson结探测器 279

(二)光磁电探测器 279

(四)超导测辐射热计 280

九、直接探测 280

十、光频外差探测 283

(一)光外差原理 283

(二)光外差探测的基本特性 284

十一、光子计数 289

参考文献 291

(一)测量误差与精度 292

一、测量误差的概述 292

第八章 测量误差与测量不确定度 292

(二)测量误差分布的统计特性 296

(一)绪论 300

二、测量不确定度的概述 300

(二)定义和概念 302

三、测量不确定度的评定方法 306

(一)标准不确定度的A类评定 306

(二)标准不确定度的B类评定 307

(三)标准不确定度的合成 309

(四)扩展不确定度的估计 310

(二)以规定方式报告测量结果的不确定度 314

(一)评定和表示不确定度的步骤 314

四、测量不确定度的表示方法 314

五、粗大误差的剔除 315

(一)3σ准则 316

(二)Grubbs准则 316

(三)Dixon准则 317

六、系统误差的发现 318

(一)系统误差的分类和特点 319

(二)系统误差的发现 320

七、总结和应用举例 328

(一)总结 328

(二)应用举例 332

参考文献 334

(一)基本原理 337

第一章 波面干涉测量原理 337

第二篇 激光测量原理 337

一、双光束干涉计量 337

(二)信息提取原理 338

(三)计量条纹的自动识别方法 338

(四)测量精度分析 341

(五)用于干涉条纹自动识别的图像处理系统配置 341

二、外差干涉计量 343

(一)基本原理 343

(二)信息的提取原理及方法 343

(三)相位展开方法 344

(四)频率调制实现方法 345

(五)计量精度分析 348

三、准外差干涉计量 350

(一)基本原理 351

(二)步进相移式信息提取方法 351

(三)连续相移式信息提取方法 352

(四)最佳采样方式的确定 353

(五)计量误差分析 355

(六)相移实现方法 357

四、基于空间相位调制的干涉计量 357

(一)基本原理 358

(二)信息提取的空间域正弦拟合法 358

(三)信息提取的谱域滤波法 359

(四)误差分析 362

五、多波长波面综合技术 364

(一)双波长波面综合原理 364

(二)测量精度分析 365

(三)提高测量精度的方法 365

(五)多波长绝对相位综合技术 366

参考文献 366

(四)多波长相位综合原理 366

(一)Fizeau干涉仪基本形式 368

第二章 光学平滑波面的干涉检测技术 368

一、Fizeau干涉仪 368

(二)Fizeau干涉仪用于光学元件和光学系统的测量 370

(三)外差Fizeau干涉仪 373

(四)准外差Fizeau干涉仪 374

(五)多通道准外差Fizeau干涉仪 375

(六)基于空间调制的Fizeau干涉仪 376

(七)多波长Fizeau干涉仪 376

(八)Fizeau干涉仪系统设计上及测量中的一些考虑 376

(九)传统计量条纹级数的判读 378

(十)干涉计量系统的调整与定标 378

二、Twyman-Green干涉仪 379

(一)Twyman-Green干涉仪基本形式 379

(二)外差Twyman-Green干涉仪 380

(四)多通道准外差Twyman-Green干涉仪 381

(三)准外差Twyman-Green干涉仪 381

(五)基于空间相位调制的Twyman-Green干涉仪 382

(六)多波长Twyman-Green干涉仪 382

三、Mach-Zehnder干涉仪 382

(一)Mach-Zehnder干涉仪基本形式 382

(二)外差Mach-Zehnder干涉仪 382

(三)准外差Mach-Zehnder干涉仪 384

(四)多通道准外差Mach-Zehnder干涉仪 384

(五)基于空间相位调制的Mach-Zehnder干涉仪 387

(六)多波长Mach-Zehnder干涉仪 387

(七)Mach-Zehnder干涉仪的有关问题 387

四、剪切干涉计量条纹解释 387

五、剪切干涉仪 389

(一)平面波的剪切 390

(二)球面波的剪切 392

(四)准外差剪切干涉仪 393

(五)多通道准外差剪切干涉仪 393

(三)外差剪切干涉仪 393

(六)基于空间调制的剪切干涉仪 394

(七)多波长剪切干涉仪 394

参考文献 394

第三章 激光全息干涉测量 396

一、全息术原理及光场的统计特性 396

(一)全息术原理 396

(二)光场的统计特性 400

二、全息干涉的统计光学描述 404

(一)二次曝光型全息干涉术 405

(二)双脉冲全息干涉技术 410

(三)双脉冲频闪全息干涉技术 410

(四)被测表面消偏振效应对二次曝光全息干涉方法的影响 413

三、时间平均全息干涉术 413

(一)时间平均全息干涉测量技术 413

(二)时间调制全息干涉计量技术 414

四、实时全息干涉术 417

(一)实时全息干涉技术 417

(二)实时频闪全息干涉术 418

(三)实时时均全息干涉技术 419

五、外差与准外差全息干涉术 419

(一)二次曝光型外差全息干涉技术 420

(二)实时外差全息干涉技术 423

(三)准外差全息干涉技术 424

六、锁相全息技术 427

(一)光学锁相技术 427

(二)电子学锁相 428

(三)锁相全息干涉术 429

七、全息干涉条纹自动识别中的消散斑方法 429

参考文献 431

第四章 激光散斑测量 432

一、散斑干涉测量技术 432

(一)参考束型散斑干涉测量方法 432

(二)双照明光束散斑干涉测量方法 437

(三)剪切散斑干涉测量方法 440

二、电子散斑干涉测量技术 444

(一)电子散斑干涉仪的典型光路和测量原理 444

(二)电子散斑干涉相减技术的统计分析 445

(三)电子散斑干涉的时均测振方法 447

(四)双波长照明电子散斑干涉术 448

三、相干光散斑照相测量术 449

(一)像面二次曝光激光散斑图的记录及其透过率自相关函数 450

(二)二次曝光散斑图的逐点滤波 451

(三)二次曝光散斑图的全场滤波 454

(四)像面散斑照相的时均测振方法 457

(五)焦面散斑照相做倾斜分析 458

四、白光散斑照相测量术 459

五、数字散斑照相测量术 461

(一)数字散斑信号的相关函数 461

(三)逐点滤波技术 462

(二)数字全场滤波技术 462

(四)限幅散斑相关技术 464

六、散斑照相Young s条纹的自动识别 465

(一)Young s条纹识别的一般问题 465

(二)散斑照相Young s条纹的一维识别方法 468

(三)Young s条纹的二维识别技术 471

参考文献 471

第五章 Moiré(莫尔)原理 473

一、平面Moiré条纹技术 474

(一)平面Moiré条纹用于面内变形测量 475

(二)用双螺旋栅Moiré条纹调整准直光路 476

一、Moiré偏折术 478

(一)Moiré偏折术的原理 479

(二)Talbot干涉仪的测量原理 481

(三)位移Moiré偏折的测量原理 482

(四)Moiré条纹的Fourier分析 483

三、Moiré形貌测量原理 485

(一)照射型Moiré形貌 486

(二)投影型Moiré形貌 489

四、相位Moiré形貌 489

(一)照射型Moiré形貌的相移技术 489

(二)投影型Moiré形貌中的相移技术 490

五、镜面Moiré形貌 492

(一)镜面Moiré形貌的光路配置 492

(二)理论计算 493

(三)几种镜面的Moiré形貌条纹 495

(一)频域Moiré形貌 496

六、虚拟Moiré形貌 496

(二)空域虚拟Moiré形貌 498

七、计算Moiré形貌 501

参考文献 503

第六章 Doppler原理 505

一、Doppler频移 505

(一)移动源的Doppler频移 506

(二)相对论Doppler频移 506

二、散射Doppler频移 508

(一)静止参考系统下的散射Doppler频移 509

(二)散射Doppler频移的几何推导 509

(三)散射的能量守恒及动量守恒 510

三、反射与衍射Doppler频移 510

(一)反射Doppler频移 511

(二)衍射Doppler频移 511

四、直接光谱技术测量Doppler频移 512

五、用参考光外差法测量Doppler频移 513

(一)光学拍和拍频的探测 513

(二)参考光外差法测量Doppler频移的光路设计 514

(三)Doppler信号的展宽 516

(四)参考光外差法测量Doppler频移的信噪比 517

(六、双光束Doppler技术 519

(一)双光束Doppler原理和特征 519

(二)双光束Doppler技术的测量光路 520

(三)双散射技术 523

(四)信号及信噪比 523

(五)精度分析 525

七、相位Doppler技术 526

参考文献 528

第七章 光学相位共轭 529

一、相位共轭波的定义及其性质 529

(一)相位共轭波的定义 529

(二)相位共轭波的性质 530

二、三波混频产生相位共轭波 531

(一)非共振型DFWM光学相位共轭 533

三、四波混频产生相位共轭波 533

(二)共振型DFWM光学相位共轭 535

(三)近DFWM光学相位共轭 537

(四)四波混频前向相位共轭 539

四、四波混频相位共轭与实时全息 540

五、光折变效应 542

(一)Kukhtarev理论 542

(二)光折变晶体中的双光束耦合 544

(一)简并四波耦合方程组 546

六、光折变晶体中简并四波混频产生相位共轭波 546

(二)泵浦非抽空近似下透射光栅 548

七、光学相位共轭技术实验 549

八、光学相位共轭技术应用 555

(一)自适应光学 555

(二)相位共轭谐振腔(PCR) 557

(三)双光子相干态的应用 557

(四)实时空间相关和卷积 557

(五)利用相位共轭干涉仪实现图像相减和“异-或”逻辑运算 558

参考文献 563

第八章 受激散射 565

一、普通Raman散射与受激Raman散射 565

二、受激Raman散射过程的电磁场处理 567

三、受激Raman散射的多重谱线特性 570

四、受激Raman散射的半唯象描述 573

(一)受激电子Raman散射 577

(二)受激自旋反转Raman散射 577

五、受激电子Raman散射(SERS)和受激自旋反转Raman散射 577

六、受激Raman散射的应用 578

(一)利用受激Raman散射可获得可调谐的红外辐射源 578

(二)利用反Stokes散射获得可调谐紫外辐射源 580

(三)利用SRS可以获得分辨率很高的光谱 580

(四)利用SRS进行时间分辨率很高的光谱线测量 582

七、受激Brillouin散射 582

八、受激Brillouin散射的经典处理 584

(一)声波的运动方程 584

(二)电磁波方程 587

(三)受激Brillouin散射 588

九、受激Brillouin散射的多级散射谱级 591

十、受激光散射现象的一般考虑 592

参考文献 594

第九章 光纤传感测量原理 595

一、光纤传感与器件 596

(一)光波导的选择 596

(二)光源与探测器的选择 599

(三)相关元器件选择 601

二、光纤传感技术 603

(一)斩波器及锁相技术的应用 604

(二)双波长比较法 607

(三)频率检测技术 608

(四)相位检测技术 610

(五)偏振态检测技术 613

三、光纤传感测量 615

(一)温度测量与控制 615

(二)火焰检测传感器 618

(三)光纤位移传感器 619

(四)光纤浓度传感器 621

(五)多相流体参数测试仪 622

(六)光纤干涉仪 622

(七)光纤光栅传感器 624

(八)阵列式和分布式光纤传感器系统 625

参考文献 627

一、多波长测量的原理 631

第一章 激光多波长无导轨测量 631

第三篇 激光测量 631

(一)小数重合法 632

(二)合成波 633

(三)初测条件和逐级精化条件 634

二、3.39μm多波长激光干涉仪的原理 635

(一)双波长同时振荡条件 635

(二)双波长单模等强运转条件 636

(三)合成波长链 637

(四)测量精确度 639

三、多波长CO2激光干涉仪测量绝对距离 639

(一)理想合成波序列 639

(二)CO2分子激光器的振-转跃迁转征 640

(三)CO2多波长绝对距离干涉仪原理方案 642

四、连续波调频绝对距离测量 645

(一)半导体激光线性调频绝对距离的干涉测量 645

(二)正弦调制半导体激光干涉测长 651

(三)半导体激光可调谐合成波干涉测长 651

(四)超外差检测技术 652

参考文献 654

第二章 激光测量表面微观形貌 655

一、光学探针 656

(一)三角法探针 656

(二)临界角法探针 657

(三)像散法探针 658

(四)Foueault聚焦探针和斜光束聚焦探针 659

(五)共焦扫描探针 659

(一)基于标量理论的方法 660

二、散射法测量 660

(二)基于矢量理论的方法 661

三、相移和锁相干涉仪 662

(一)相移干涉仪 662

(二)锁相干涉仪 663

四、干涉显微镜 664

(一)Mirau和Linik干涉显微镜 664

(二)Nomarski干涉显微镜及其改进 665

(三)双焦干涉显微镜 667

五、表面分析技术的新进展 669

参考文献 672

第三章 直径及几何形状误差的测量 673

(二)多波长干涉测量巨大内径 673

一、直径测量 673

(一)激光测距仪(反射镜法) 673

(三)光电对准-干涉测量法 675

(四)激光扫描法测量直径 675

(五)光学量规 677

(六)激光球棒 677

(七)间接方法 678

二、圆度误差的测量 678

(一)三点法圆度测量的基本定义 679

(二)三点法测量圆度的基本方程 679

(三)方程的求解 680

三、圆柱度误差的测量 681

(一)半径法 681

(二)直角坐标测量法 681

(三)误差分离技术的应用 682

四、同轴度和直线度测量 682

(一)激光准直测量技术 683

(二)大气扰动及其克服方法 686

参考文献 688

第四章 激光位移测量 689

一、位移测量干涉仪的基本光学单元 689

(一)分光单元 689

(二)反射器 690

(三)调制器 690

(四)补偿单元 692

二、干涉仪的对比度 693

(一)光源单色性和对比度 693

(二)光源大小、形状、方位和对比度 694

(三)分光比和漫射光对于对比度的影响 695

(五)结构的影响 696

(四)偏振态差异对于对比度的影响 696

(二)第二代激光干涉仪 697

三、干涉信号的光电检测 697

(一)第一代激光干涉仪 697

四、亚纳米零差检测干涉系统 701

(一)零差检测基本原理 701

(二)噪声分析 702

五、亚纳米外差检测系统 704

(一)原理 704

(二)噪声分析 705

(三)外差干涉的非线性漂移 705

六、亚纳米自混频检测系统 708

(一)原理 708

(二)噪声分析 709

七、亚纳米自适应检测系统 710

(一)原理 710

(二)噪声分析 711

(三)各种方法已经达到的代表性指标 712

参考文献 713

第五章 激光测量微径、距离和厚度 714

一、激光衍射法测量微径 714

(一)微孔孔径的测量 714

(二)微小直径的测量 716

(一)激光相位测距 719

二、激光测距 719

(二)脉冲激光测距 722

三、激光测厚 725

(一)透明体厚度的测量 725

(二)不透明物体厚度的测量 726

参考文献 727

第六章 激光定位和激光雷达 728

一、激光大气传输 728

(一)大气分层 728

(二)大气成分 730

(三)激光与大气的相互作用 730

(四)大气湍流效应 735

二、激光雷达基本组成 737

(一)激光雷达发射系统 737

(二)激光接收系统 738

(三)激光定位系统 740

(一)漫反射目标回波的激光雷达方程 741

三、激光雷达方程 741

(二)大气回波的激光雷达方程 742

四、背景辐射 743

(一)背景辐射的估算 743

(二)背景辐射的抑制 746

五、激光雷达目标特性 747

(一)随机变量的统计描述 748

(二)漫射目标产生的场的统计特性 749

(三)简单混合目标产生的场 749

(四)复杂混合目标的情况 750

(五)散斑效应 750

(七)天然目标的反射率 751

(六)后向角反射器 751

(一)若干光场的光电子概率分布p(u) 752

六、激光雷达探测统计特性 752

(二)雷达信号探测 754

七、Doppler激光雷达 759

(一)激光脉冲Doppler雷达 759

(二)调频CW Doppler激光雷达 761

八、激光雷达目标跟踪 763

(一)四象限激光雷达跟踪 763

(二)调制盘光雷达跟踪 767

(三)成像跟踪 771

九、激光雷达目标成像 772

(一)调制传递函数(MTF) 773

(二)激光成像雷达 775

十、激光雷达系统实例 777

参考文献 782

第七章 激光测量角度和角速度 783

一、小角度有靶镜测量 783

二、小角度无靶镜测量 785

三、滚转角的测量 786

四、垂直度(直角)测量 788

五、平行度测量 789

六、双频激光大角度测量 789

七、环形激光测量角度和角速度 790

(一)Sagnac效应和角速度测量 790

(二)环形激光器 791

(三)环形激光精密测角 792

(四)光纤陀螺 793

(一)用旋转的小角度光楔作传感器 795

八、动态转角测量 795

(二)用全息光栅作传感器 796

参考文献 797

第八章 激光三维面形测量 798

一、主动三维传感的基本原理 799

(一)主动照明的三维传感方法 799

(二)三种基本的结构照明方式 800

二、采用单光束的三维传感 801

(一)基本原理与计算公式 801

(二)散斑对激光三角法精度的影响 804

(三)鞋楦三维面形测量 805

(四)基于激光同步扫描的三维面形测量 807

(五)三维曲面激光双三角测量法 812

三、采用激光光刀的三维传感 814

(一)激光光刀的产生 814

(二)发动机叶片三维面形测量 816

(三)旋转体的360°面形测量 820

四、位相测量剖面术 821

(一)位相测量剖面术的原理 821

(二)产生结构照明的方法 826

参考文献 833

(三)并底模式探测与分析 833

(四)口腔全牙型三维面形测量 836

五、Fourier变换剖面术 842

(一)基本原理 842

(二)FTP方法的测量范围 843

(四)二种方法的实验比较 845

(三)一种改进的方法 845

六、其他激光三维面形测量方法 847

(一)飞行时间法 847

(二)基于衍射的距离测量技术 849

参考文献 851

第九章 激光CT与三维温度场的测量 853

一、二维相位物体与轴对称相位物体的干涉CT 855

(一)二维相位物体 855

(二)轴对称相位物体的干涉CT 856

二、三维相位物体的CT重构 859

(一)三维相位物体的完全数据层析重构算法 860

(二)三维相位物体的非完全数据重构算法 864

(三)含激波结构的三维流场的CT重构 869

三、三维相位物体多方向干涉数据的获取 870

(一)旋转扫描法 870

(二)漫射式多方向全息干涉法 870

(三)衍射式多方向全息干涉法 871

(四)多方向像面全息干涉法 872

(五)多方向F-P干涉法 872

(六)多方向Mciré偏折法 873

(七)非对称相位物体层析精度与方向数选择 874

四、三维温度场的干涉CT测试 875

(一)具有完全数据的三维温度场的CT示例 875

(二)对子七喷口超音速喷流的迭代重建 878

(三)多方向像面全息干涉层析示例 879

(四)多方向偏折层析示例 880

一、微粒场同轴全息术理论 885

第十章 微粒场的三维测量 885

(一)同轴全息术记录光路的一般模型 886

(二)同轴全息图的形成 886

(三)同轴全息图的再现 887

二、微粒场离轴全息术理论 888

(一)离轴全息术记录光路的一般模型 888

(二)离轴全息图的形成 888

(三)离轴全息图的再现 889

三、微粒场全息术的基本问题讨论 890

(一)全息图的有限孔径效应及像差 890

(二)全息记录介质的分辨率要求 891

(三)全息图的条纹对比度 892

(四)全息图的可记录景深 892

(五)允许的最大位移 895

四、微粒场同轴滤波全息术理论 896

(一)同轴滤波全息图的形成 897

(二)同轴滤波全息图的再现 899

五、微粒场离轴滤波全息术理论 899

(一)离轴滤波全息图的形成 900

(二)离轴滤波全息图的再现 900

六、微粒场滤波全息术的基本问题讨论 901

(一)滤波全息术中记录介质的分辨率要求 901

(二)滤波全息图的条纹对比度 902

(三)滤波全息图的可记录景深 903

(四)允许的最大位移 904

(一)微粒场相移全息图的形成 905

(五)滤波器参数选择 905

七、微粒场相移全息术理论 905

(二)微粒场相移全息图的再现 906

八、微粒场相移全息术的基本问题讨论 907

(一)相移全息术对记录介质的分辨率要求 907

(二)相移全息图的条纹对比度 907

(三)离轴相移全息图的可记录景深 907

(四)允许的最大位移 908

(五)相移全息图再现像的对比度 908

九、微粒速度场的三维测量 908

(一)速度场的双曝光全息术测量 908

(二)双曝光全息术中的基本问题考虑 909

(三)微粒速度的PIV和HPIV测量 909

(一)微粒图像预处理 910

(二)灰度阈值设置、二值化及相关处理 910

十、微粒全息图的自动分析 910

(三)判焦 911

(四)微粒参数测量 911

(五)微粒位移测量 911

十一、PIV和HPIV图像的自动分析 912

(一)成像分析技术 912

(二)非成像分析技术 912

(三)PIV和HPIV图像的光学自相关分析 913

参考文献 914

第十一章 激光流动显示及测量 917

一、流场的定性显示方法 918

(一)激光屏技术 918

(二)基于流体物理性质的光学显示方法 922

(一)全息干涉测量 927

二、流场密度的定量测量 927

(二)剪切干涉测量 929

(三)散斑照相测量 931

(四)Moiré条纹偏折测量 932

(五)密度场的数值计算方法 933

三、流场速度的测量 936

(一)激光Doppler测速术 936

(二)粒子图像测速术 940

(三)Doppler全场测速术 951

参考文献 953

一、Faraday效应磁光传感器 955

(一)原理 955

第十二章 激光测量弱磁场 955

(二)基本测量方法 956

(三)环形激光弱磁传感器 960

一、Kerr效应磁光传感器 962

(一)原理 962

(二)椭偏仪测量ψ？Δ 962

三、光泵磁强计 964

(一)基本原理 964

(二)探头结构 965

(一)超导量子干涉器件 966

四、超导量子干涉器件法 966

(二)直流SQUID测量磁场 967

(三)小结 967

参考文献 968

第十三章 激光测量瞬变现象 969

一、瞬变现象测量的基本问题 970

(一)高速摄影信息论 970

(二)时间分辨率бt 972

(三)高速摄影的基本原理 973

二、瞬变现象测量中的激光技术和激光器 974

(一)序列脉冲产生技术 975

(二)多腔激光器产生序列激光脉冲 978

(三)高速摄影用激光器 979

三、高速摄影记录系统 981

(一)间歇式高速摄影系统 982

(二)棱镜补偿式高速摄影系统 984

(三)转镜式超高速摄影系统 985

(四)变像管超高速摄影系统 987

(五)高速视频记录系统 988

四、激光分幅高速摄影 990

(一)色散分幅激光高速摄影 990

(二)序列激光脉冲分幅摄影 991

(三)Cranz-Schardin分幅摄影 993

五、激光高速可视化摄影 994

(一)激光高速可视化摄影的基本系统 994

(二)干涉图和阴影图的超快分幅记录系统 998

六、高速全息记录 1003

(一)机械偏转分幅的高速全息记录系统 1004

(二)声光偏转分幅的高速全息记录系统 1006

(三)电光偏转分幅的高速全息记录系统 1007

(四)多腔激光器实现方位编码的高速全息记录系统 1008

(五)光栅编码的高速全息记录系统 1009

(六)高速全息干涉计量 1010

七、激光极高速摄影 1011

(一)激光Kerr盒快门极高速摄影 1011

(二)激光全息相干快门极高速摄影 1014

参考文献 1016

一、 激光(时间)探针 1018

(一) 激光探针超快时间分辨率测量 1018

第十四章 激光(时间)探针和超短激光脉冲 1018

(二) 激光探针超快时间分辨光谱学 1019

二、 超短激光脉冲产生原理与技术 1021

(一) 主动锁模原理与技术 1022

(二)被动锁模原理与技术 1026

(三)锁模激光脉冲 1031

(四)超短激光脉冲传输特性 1032

三、几种实用超短脉冲激光器 1035

(一)CPM皮秒Nd:YAG激光器 1036

(二)掺钛蓝宝石飞秒激光器 1036

(三)光纤Raman放大孤子激光器 1037

(四)多量子阱锁模半导体激光器 1039

(五)锁模全固体二极管泵浦Cr:LiSAF激光器 1040

(六)附加脉冲锁模钛宝石激光器 1041

(七)可见光Pr:YLF固体锁模激光器 1042

四、超短激光脉冲压缩放大技术 1043

五、几种实用的超短激光脉冲放大压缩装置 1047

(一)太瓦级Ti:Al2O3/Cr:LiSAf飞秒激光系统 1047

(二)高重复率钛宝石再生飞秒激光啁啾脉冲放大装置 1048

六、超短激光脉冲测量技术 1049

(一)二次相关函数测量法 1050

(二)条纹相机测量法 1051

七、超快速扫描探针显微术 1053

八、晶体中光学声子寿命的激光探针测量 1054

九、激子分子的Bose凝聚验证研究 1056

十、用飞秒激光控制化学反应 1057

十一、电子的光致逸出超快速动力学 1058

十二、激光探针研究光合作用的超快过程 1059

十三、血红蛋白化合物的超快过程测量 1060

十四、视觉过程的动力学研究 1062

十五、超短激光用于DNA中的选择性生化反应 1063

参考文献 1064

附录一 国际单位制和单位换算 1068

一、国际单位制 1068

二、单位换算 1073

附录二 激光防护和激光安全标准 1078

一、制定安全标准的依据和要素 1078

二、激光器安全性分类 1082

三、最大允许曝光量 1086

四、激光不安全区域 1088

五、激光安全防护 1090