现代干涉测量技术PDF电子书下载

1　绪论 1

1.1 历史的简单回顾 1

1.2　现代干涉仪 3

1.3 未来干涉仪的发展 5

2　经典干涉理论 7

2.1 光的干涉 8

2.1.1 光干涉的基本理论 8

2.1.2　光干涉的基本技术 13

2.2 干涉仪中的瞳和窗 54

2.2.1 干涉仪和干涉仪中瞳和窗的特点 54

2.2.2 干涉仪中瞳和窗的分析 55

3　相干性——现代相干理论 63

3.1 经典相干性理论 64

3.1.1 多色场的解析函数表示 64

3.1.2 一阶相干性 67

3.1.3 空间相干度及其测量方法 68

3.1.4 时间相干度及其测量方法 74

3.1.5　部分相干性 75

3.1.6 二阶相干性及其典型实验 76

3.1.7 高阶相干性 78

3.2　量子相干性理论 80

3.2.1 相干态 80

3.2.2 一阶量子相干度 83

3.2.3 二阶量子相干度 86

3.3 影响相干性的因素 90

3.3.1 光源线型宽度与时间相干度 90

3.3.2 光源大小与空间相干度 90

3.3.3 量子极限噪声 91

3.4 改善相干性措施 97

3.4.1 空间滤波 98

3.4.2 选模 98

3.4.3 锁模 99

3.4.4 稳频 102

3.5 干涉测量中常用的激光器及其相干性 107

3.5.1 氦氖激光器 108

3.5.2 二氧化碳激光器 109

3.5.3 半导体激光器 113

4　光波长和频率的测量与复现 118

4.1　长度计量基准的发展 118

4.1.1 长度单位米的定义 119

4.1.2 米定义的复现 123

4.2　激光光谱的分析与测量 125

4.2.1 分子饱和吸收谱线稳定的氦氖激光系统 126

4.2.2 分子饱和吸收谱线的测定 130

4.2.3 计算机控制的偏频跟踪激光光谱仪 132

4.2.4 原子饱和吸收谱稳定的半导体激光 133

4.3　激光波长测量 135

4.3.1 用迈克尔孙扫描干涉仪测量波长 135

4.3.2 用平面F-P频率锁定干涉仪测量激光波长 137

4.3.3 真空波长拍频检测 138

4.4　绝对频率测量 138

4.4.1 激光频率测量链 138

4.4.2 光频测量的非线性器件 145

5　测量长度和位移的干涉仪 148

5.1 激光偏振干涉仪 149

5.1.1 偏振干涉测长原理 149

5.1.2 偏振干涉仪的细分方法 150

5.1.3 激光偏振干涉仪的光学结构 155

5.1.4 激光偏振干涉仪的误差与调整方法 156

5.2　激光外差干涉仪 162

5.2.1 外差干涉测长原理 162

5.2.2 激光外差干涉仪的光源 164

5.2.3 激光外差干涉仪的细分方法 169

5.2.4 激光外差干涉仪的光学结构 171

5.2.5 外差干涉仪的误差 174

5.3　半导体激光干涉仪 177

5.3.1 半导体激光器的工作原理及特性 178

5.3.2 线性调频半导体激光干涉仪 182

5.3.3 线性调频半导体激光测距 184

5.3.4 自混频现象及其应用 185

5.4 激光光栅干涉仪 188

5.4.1 激光光栅偏振干涉仪 188

5.4.2　激光光栅外差干涉仪 190

5.4.3 线性调频半导体激光光栅干涉仪 192

5.5 激光多波长无导轨测量 193

5.5.1 多波长测量的原理 194

5.5.2 3.39μm多波长激光干涉仪的原理 200

5.5.3 多波长CO2激光干涉仪测量绝对距离 206

5.5.4　连续波调频绝对距离测量 213

5.6　现代商品干涉仪 226

5.6.1 第一代激光干涉仪 226

5.6.2　第二代激光干涉仪 227

6　波面和面形的测量 237

6.1 棱镜透镜干涉测量 237

6.1.1 棱镜透镜综合性能的测量 237

6.1.2　像差的计算 240

6.1.3　激光棱镜干涉仪 243

6.2　λ/100平面标准 245

6.2.1 光学细分 245

6.2.2 白光干涉条纹的处理 247

6.2.3　平面标准 248

6.3　激光外差平面干涉仪 250

6.3.1 图像的采集 250

6.3.2　数据拟合 255

6.3.3 信噪比及其对测量精度的影响 258

6.4 波前剪切干涉仪 261

6.4.1 剪切原理 261

6.4.2　波前特征 264

6.4.3　全息剪切干涉测量几何像差 265

6.5　平面波度测量 268

6.5.1 激光干涉系统 268

6.5.2　平面波度的评价 270

6.6　数字波前测量 272

6.6.1 电视扫描条纹中心的坐标测量系统 272

6.6.2 移相式数字平面干涉仪 277

6.6.3 子孔径重叠干涉法 283

6.7 锥度的干涉测量 285

7　表面微观形貌的干涉测量 290

7.1 干涉显微镜的偏振器件 292

7.1.1　Jamin系统 292

7.1.2　Wollaston棱镜及其改进型 293

7.1.3　Savart系统 293

7.2　相移和锁相干涉仪 294

7.2.1 相移干涉仪 294

7.2.2　锁相干涉仪 295

7.3　干涉显微镜 296

7.3.1 Mirau和Linik干涉显微镜 296

7.3.2　Nomarski干涉显微镜及其改进 297

7.3.3　双焦干涉显微镜 300

7.4　表面分析技术的新进展 304

7.4.1 亚纳米零差检测干涉系统 304

7.4.2　亚纳米外差检测干涉系统 309

7.4.3 亚纳米自混频检测系统 312

7.4.4 亚纳米自适应检测系统 315

8　干涉传感器 320

8.1 运动学参数传感器及其扩展应用 320

8.1.1 多普勒（Doppler）原理 321

8.1.2　激光测速仪的理论模型 322

8.1.3　信噪比问题 324

8.1.4 方向信息的获取 325

8.1.5　流场测量 327

8.1.6　飞行时间测速仪 328

8.1.7　超低速度的测量 329

8.2 角度和角速度传感器 331

8.2.1　小角度有靶镜测量 331

8.2.2 小角度无靶镜测量 333

8.2.3　垂直度（直角）测量 334

8.2.4　双频激光大角度测量 335

8.2.5 环形激光测量角度和角速度 336

8.2.6 动态转角测量 345

8.3 应力应变传感器 346

8.3.1 应力光学定律 347

8.3.2 平面偏振光系统和圆偏振光系统 348

8.3.3 密勒（Mueller）矩阵及其应用 351

8.3.4　光纤的相位调制 354

8.4　磁场测量传感器 356

8.4.1 法拉第（Michael Faraday）效应磁光传感器 356

8.4.2　克尔（John Kerr）效应磁光传感器 364

8.4.3　光泵磁强计 367

8.5 直线度和同轴度传感器 369

8.5.1 光在大气中的传播特性 369

8.5.2 直线度干涉仪 372

8.5.3 同轴度干涉仪 374

9　干涉测量的相关技术 381

9.1 空气折射率的测量方法 381

9.1.1 间接测量 382

9.1.2 直接测量 385

9.1.3 双波长双变量同时测量法 400

9.2 激光的扩束和准直 401

9.2.1 He-Ne激光器常用的参数 401

9.2.2　高斯光束变换 402

9.2.3 半导体激光器的单向扩束 403

9.2.4 光纤耦合器 405

10　干涉光谱仪 409

10.1 光谱仪器的基本性能 410

10.1.1 分辨率 410

10.1.2　集光本领 411

10.1.3 自由光谱范围 412

10.1.4 光度精度和光度重现性 412

10.1.5 光谱仪器的仪器函数 412

10.2 法布里—珀罗（F—P）干涉仪 412

10.2.1 法布里—珀罗（F—P）干涉仪的原理 412

10.2.2 法布里—珀罗（F—P）干涉仪的光谱特性 415

10.2.3 法布里—珀罗（F—P）干涉光谱仪 418

10.2.4 球面法布里—珀罗（F—P）干涉仪 422

10.2.5 复合法布里—珀罗（F—P）干涉仪 423

10.3　傅里叶变换光谱仪的基本原理和结构 423

10.3.1 概述 423

10.3.2　傅里叶变换光谱仪的工作原理 425

10.3.3　傅里叶变换光谱仪的结构 437

10.3.4 时间分辨光谱技术 450

10.4 干涉光谱技术的应用 455

10.4.1 干涉光谱技术的测量原理 456

10.4.2 在几何量计量中的应用 459

10.4.3 灰体发射率的测量 465

10.4.4 工业中的在线应用 468

10.4.5　环境污染监测 472

10.4.6　食品与农业应用 474

10.4.7 生物医学应用 476

10.4.8 天文学应用 476

11　X射线干涉仪 479

11.1 导言 480

11.2 晶体中的衍射和干涉 480

11.2.1 结晶学原理 480

11.2.2　衍射和晶体结构 488

11.2.3　X光衍射的动力学理论 493

11.2.4 X光干涉仪基础 499

11.3　硅材料及其加工 506

11.3.1 整块硅X射线干涉仪的加工 507

11.3.2 腐蚀 510

11.3.3　硅表面的光学抛光 510

11.3.4 相干性，加工允差和补偿 510

11.4 纳米技术中的X射线干涉仪 511

11.4.1 莫尔技术和缺欠研究 511

11.4.2　散射参数的确定 513

11.4.3　埃尺 514

11.4.4　角度校准器 523

12　干涉测量中的自适应原则 530

12.1 自适应原则 531

12.1.1 自适应原则同自适应设计 531

12.1.2 自适应原则中预报和补偿的实时性 533

12.1.3 自适应原则和弱信号检测技术 538

12.2 实现自适应设计的方法 539

12.2.1 实现自适应原则方法的分类 540

12.2.2　纯光学方法 541

12.2.3 光电结合方法 544

12.2.4 光机电结合方法 550

12.2.5 实现自适应设计的其它方法 558

12.3 自适应同轴度测量仪 561

12.3.1　设计前的状况 561

12.3.2 将两光束分开的方案不适于同轴度测量 562

12.3.3 寻求旋光准直仪的主要噪声因子 563

12.3.4 自适应同轴度测量仪的原理设计 565

12.3.5　其它设计问题 567

12.3.6　结论 572