光学车间检测 原书第3版PDF电子书下载

第1章 牛顿干涉仪、菲佐干涉仪和海丁格干涉仪 1

1.1 引言 1

1.2 牛顿干涉仪 1

1.2.1 光源尺寸的考虑 5

1.2.2 几种合适的光源 7

1.2.3 制作平面样板的材料 7

1.2.4 估计最大误差的简单方法 8

1.2.5 球面的测量 9

1.2.6 非球面的测量 10

1.2.7 不透明表面平面度测量 11

1.3 菲佐干涉仪 12

1.3.1 基本的菲佐干涉仪 12

1.3.2 光源相干性要求 14

1.3.3 准直透镜质量要求 14

1.3.4 液体基准面 15

1.3.5 激光作为光源的菲佐干涉仪 16

1.3.6 多光束菲佐干涉仪 16

1.3.7 近似平行板的测量 17

1.3.8 检测大口玻璃和熔融石英试样的不均匀性 18

1.3.9 测量杆、块和平板面的平行度和平面度 19

1.3.10 三面直角棱镜和直角棱镜的测量 19

1.3.11 菲佐干涉仪检测曲面 20

1.3.12 检测凹面和凸面 21

1.4 海丁格干涉仪 24

1.4.1 海丁格干涉仪的应用 25

1.4.2 用激光作为海丁格干涉仪光源 25

1.4.3 海丁格干涉仪的其他应用 26

1.5 平面的绝对测量 28

参考文献 31

第2章 泰曼-格林干涉仪 33

2.1 引言 33

2.2 分光镜 34

2.2.1 分光镜平板导致的光程差 35

2.2.2 平板分光镜的精度要求 36

2.2.3 偏振分光棱镜 37

2.2.4 非偏振分光棱镜 39

2.3 相干性要求 40

2.3.1 空间相干性 40

2.3.2 时间相干性 43

2.4 泰曼-格林干涉仪的应用 44

2.4.1 棱镜和衍射光栅的检测 45

2.4.2 透镜的检测 49

2.4.3 显微物镜的检测 50

2.5 干涉仪内部畸变的补偿 51

2.6 非等程干涉仪 52

2.6.1 几种特殊设计 53

2.6.2 提高条纹稳定性 54

2.7 开放光路干涉仪 55

2.7.1 马赫-泽德干涉仪 55

2.7.2 倾斜入射干涉仪 56

2.8 泰曼-格林光路结构的变形 57

2.8.1 多幅成像干涉仪 57

2.8.2 使用衍射分光镜的干涉仪 57

2.8.3 相位共轭干涉仪 57

2.9 泰曼-格林干涉图及其分析 59

参考文献 66

第3章 共光路干涉仪 70

3.1 引言 70

3.2 使用两块匹配散射板的伯奇干涉仪 70

3.2.1 菲涅耳波带片干涉仪 73

3.2.2 伯奇和菲涅耳波带片干涉仪检测非球面 73

3.2.3 伯奇和菲涅耳波带片干涉仪测量相移 74

3.3 双折射分光镜 75

3.3.1 萨瓦偏光镜 75

3.3.2 渥拉斯顿棱镜 76

3.3.3 双焦系统 77

3.4 横向剪切干涉仪 77

3.4.1 萨瓦偏光镜的使用 77

3.4.2 渥拉斯顿棱镜的使用 80

3.5 双焦干涉仪 81

3.6 桑德斯棱镜干涉仪 82

3.7 点衍射干涉仪 83

3.8 采用共光路干涉仪的泽尼克检测 85

参考文献 86

第4章 横向剪切干涉仪 89

4.1 引言 89

4.2 光源的相干性 90

4.3 横向剪切干涉计量的理论简介 90

4.3.1 球面和平面波前的干涉图样 91

4.3.2 横向剪切干涉中初级像差的干涉图样 93

4.4 未知波前的估计 97

4.5 平行光横向剪切干涉仪（白光补偿） 99

4.5.1 基于雅明（Jamin）干涉仪的横向剪切干涉装置 99

4.5.2 基于迈克耳逊干涉仪的横向剪切干涉装置 100

4.5.3 基于循环式干涉仪的横向剪切装置 101

4.5.4 基于马赫-泽德干涉仪的横向剪切装置 103

4.6 会聚光横向剪切干涉仪（白光补偿） 103

4.6.1 基于迈克耳逊干涉仪的横向剪切装置 103

4.6.2 基于马赫-泽德干涉仪的横向剪切装置 105

4.7 使用激光的横向剪切干涉仪 107

4.8 其他类型的横向剪切干涉仪 113

4.8.1 基于衍射原理的横向剪切干涉仪 113

4.8.2 基于偏振原理的横向剪切干涉仪 116

4.9 矢量剪切干涉仪 118

4.9.1 剪切干涉计量 118

4.9.2 定向剪切干涉仪 119

4.9.3 模拟干涉图样 120

4.9.4 实验结果 123

4.9.5 矢量剪切干涉仪和其他干涉仪的相似点和差别 126

参考文献 129

第5章 径向、旋转和反转剪切干涉仪 134

5.1 引言 134

5.2 径向剪切干涉仪 135

5.2.1 径向剪切干涉图样的波前评估 136

5.2.2 单光程径向剪切干涉仪 137

5.2.3 双光程径向剪切干涉仪 139

5.2.4 激光径向剪切干涉仪 142

5.2.5 厚透镜径向剪切干涉仪 146

5.3 旋转剪切干涉仪 147

5.3.1 光源大小未补偿的旋转剪切干涉仪 149

5.3.2 光源补偿的旋转剪切干涉仪 152

5.4 反转剪切干涉仪 152

参考文献 155

第6章 多光束干涉仪 158

6.1 发展简史 158

6.2 多光束干涉计量技术的精度 160

6.3 多光束菲佐干涉仪 161

6.3.1 干涉条纹的形成 161

6.3.2 菲佐干涉测量法 165

6.4 等色序条纹 167

6.5 多光束干涉测量中如何减少干涉条纹的间隔 169

6.6 平行平面法布里珀罗干涉仪 170

6.6.1 薄膜厚度的测量 170

6.6.2 表面平面度偏差 170

6.7 用法布里-珀罗干涉仪产生的托兰斯基干涉条纹 173

6.8 检验曲面用的多光束干涉仪 175

6.9 耦合干涉仪和串联干涉仪 176

6.9.1 耦合干涉仪 176

6.9.2 串联干涉仪 178

6.10 全息多光束干涉仪 178

6.11 法布里-珀罗干涉条纹近代的发展和应用 178

6.12 结束语 181

参考文献 182

第7章 多通道干涉仪 188

7.1 双通道干涉仪 188

7.1.1 像差分离 188

7.1.2 相干条件的抑制 189

7.1.3 提高精度的双通道干涉仪 191

7.2 多通道干涉仪 193

参考文献 197

第8章 傅科刀口法、细丝法及调相法 199

8.1 引言 199

8.2 傅科检验法和刀口检验法 199

8.2.1 说明 199

8.2.2 几何原理 202

8.2.3 物理原理 208

8.3 细丝检验法 211

8.4 普拉兹克-盖维俄拉检验法 215

8.5 调相检验法 218

8.5.1 泽尼克检验及其与斯马特干涉仪的关系 218

8.5.2 利奥特检验法 220

8.5.3 沃尔特检验法 221

8.6 朗奇-康芒检验法 223

8.7 结束语 225

参考文献 226

第9章 朗奇（Ronchi）检验法 229

9.1 引言 229

9.2 几何原理 230

9.2.1 初级像差的朗奇图 231

9.2.2 非球面的朗奇图 236

9.2.3 补偿朗奇光栅 237

9.3 波面形状的测定 239

9.3.1 普通情况 241

9.3.2 旋转对称的表面 243

9.4 物理原理 244

9.4.1 数学分析 244

9.4.2 条纹的对比度和锐度 247

9.4.3 物理原理与几何原理的关系 249

9.5 朗奇检验法的实际应用 250

9.6 其他几种相关的检验 252

9.6.1 同心圆环格栅 252

9.6.2 扫描朗奇检验法 253

9.6.3 边带朗奇检验法 253

9.6.4 洛厄检验法 254

9.6.5 朗奇-哈特曼和零哈特曼检验法 255

9.7 结束语 256

参考文献 256

第10章 哈特曼光阑检验、哈特曼-夏克光阑检验及其他光阑检验 264

10.1 引言 264

10.2 实例 266

10.3 矩形光阑的哈特曼检验 267

10.4 波面恢复 269

10.4.1 去倾斜与离焦 269

10.4.2 梯形积分法 271

10.4.3 索斯韦尔算法 273

10.4.4 多项式拟合 274

10.4.5 其他方法 274

10.5 四孔光阑的哈特曼检验 275

10.5.1 呈十字形的四孔 275

10.5.2 呈X形的四孔 277

10.6 眼镜的哈特曼检验 277

10.7 采用非矩形光阑的哈特曼检验 278

10.7.1 哈特曼径向光阑 278

10.7.2 螺旋式光阑 280

10.8 哈特曼-夏克检验 280

10.9 交叉圆柱镜测试 282

10.10 光源阵列或者网格测试 283

10.10.1 会聚透镜检验 284

10.10.2 凹面和凸面的检验 285

10.11 迈克耳逊-加德纳-贝尼特检验法 288

10.12 其他进展状况 290

参考文献 290

第11章 星点检验法 293

11.1 引言 293

11.2 小像差星点检验 294

11.2.1 无像差爱里斑 294

11.2.2 离焦爱里斑 296

11.2.3 复合光 299

11.2.4 中心遮拦系统 299

11.2.5 小像差相关结论和现象 299

11.2.6 高斯光束 300

11.2.7 极小汇聚角（小菲涅耳数） 301

11.3 小像差实测结果 301

11.3.1 目视星点检测所观测到的现象 302

11.3.2 星点检验的光源 302

11.3.3 星点检验光学系统简图 304

11.3.4 显微镜物镜 305

11.4 大像差星点检验 306

11.4.1 球差 307

11.4.2 纵向色差 308

11.4.3 轴对称性 308

11.4.4 像散和彗差 308

11.4.5 畸变 309

11.4.6 非零位检验 309

11.5 由测得的斜率和曲率恢复波前 310

11.5.1 拉普拉斯变换和局部平均曲率 310

11.5.2 傅里叶变换迭代计算波前 310

11.5.3 光强传递方程 312

11.6 根据光强传递方程由两幅离焦像求解波前 313

11.7 根据傅里叶迭代变换由一幅离焦像求解波前 316

11.8 根据菲涅耳变换迭代由两幅或三幅离焦像求解波前 316

参考文献 318

第12章 非球面波前和镜面的检验 321

12.1 引言 321

12.2 一些检验非球面波前的方法 323

12.3 在非零位检测中干涉图的成像 324

12.4 一些零位检测的光路 326

12.4.1 平面和凹球面 326

12.4.2 望远镜折射式物镜 327

12.4.3 凹抛物面镜 327

12.4.4 凹椭球面或球面 328

12.5 凸双曲面的检测 329

12.5.1 海德类型检验 329

12.5.2 采用折射方式检验 331

12.6 检测圆柱面 333

12.7 早期的补偿器 336

12.7.1 柯德补偿器、伯奇补偿器和罗斯补偿器 336

12.7.2 多尔补偿器 338

12.8 奥夫纳补偿器 340

12.8.1 折射式奥夫纳补偿器 340

12.8.2 谢弗补偿器 342

12.8.3 折射式补偿器总结 343

12.9 反射式补偿器 343

12.9.1 反射式奥夫纳补偿器 345

12.9.2 反射式自适应补偿器 347

12.10 用于二次凹面的其他补偿检验法 347

12.11 使用实全息图的干涉仪 350

12.11.1 全息波前存储 351

12.11.2 全息检测板 351

12.12 应用综合全息图的干涉仪 352

12.12.1 CGH的制作 352

12.12.2 应用综合全息图的干涉仪 354

12.12.3 离轴CGH非球面补偿器 356

12.12.4 同轴CGH的非球面补偿器 358

12.12.5 CGH与补偿光学元件的组合使用 359

12.13 利用双波长全息图检验非球面 361

12.14 波前拼接 362

12.14.1 环形划分 363

12.14.2 圆形划分 363

12.14.3 动态倾斜开关 363

参考文献 364

第13章 泽尼克多项式与波前拟合 369

13.1 简介 369

13.2 具有圆形光瞳的旋转对称系统的像差 369

13.2.1 幂级数展开法 369

13.2.2 初级像差函数或赛德尔像差函数 371

13.2.3 二级像差函数或者施瓦兹希尔像差函数 373

13.2.4 泽尼克圆多项式展开 373

13.2.5 最小波像差方差时用泽尼克圆多项式表示平衡像差 376

13.2.6 幂级数系数和泽尼克多项式展开项系数的关系 377

13.2.7 赛德尔像差到泽尼克像差的转换 378

13.2.8 泽尼克像差到赛德尔像差的转换 382

13.3 含圆形光瞳而不含旋转对称轴的像差函数 383

13.3.1 泽尼克圆多项式展开 383

13.3.2 指数n、m和j的关系 386

13.3.3 泽尼克圆多项式像差的波面高度图、干涉图和点扩展图 386

13.3.4 初阶泽尼克像差及其与赛德尔像差的关系 387

13.4 泽尼克环多项式作为环形光瞳系统的平衡像差 390

13.4.1 平衡像差 390

13.4.2 泽尼克环多项式 390

13.4.3 泽尼克环多项式像差的波面高度分布图、干涉图和点扩展函数图 396

13.5 利用离散波前误差数据计算泽尼克系数 397

13.5.1 简介 397

13.5.2 正交系数和像差变量 398

13.5.3 正交多项式 399

13.5.4 泽尼克系数 400

13.5.5 数字化举例 400

13.6 总结 403

参考文献 404

第14章 相移干涉测量 406

14.1 导言 406

14.2 基本原理 406

14.3 PSI的优势 408

14.4 相移的方法 409

14.5 探测波前相位 413

14.6 数据采集 415

14.6.1 时域方法 415

14.6.2 空域方法 418

14.7 PSI算法 421

14.7.1 三步算法 421

14.7.2 最小二乘算法 423

14.7.3 卡雷算法 425

14.7.4 平均算法 426

14.7.5 哈里哈伦算法 427

14.7.6 2+1算法 429

14.7.7 生成算法的方法 430

14.7.8 评估算法的方法 433

14.7.9 算法总结 437

14.8 相移校准 442

14.9 误差源 444

14.9.1 相移误差 445

14.9.2 探测器的非线性 446

14.9.3 光源稳定性 449

14.9.4 量化误差 449

14.9.5 振动误差 450

14.9.6 空气湍流 452

14.9.7 有害条纹和其他相干效应 452

14.9.8 干涉仪的光学误差 453

14.10 探测器和空间采样 454

14.10.1 固体传感器 454

14.10.2 空间采样 455

14.11 品质函数 457

14.11.1 调制 458

14.11.2 残差 459

14.11.3 滤波 461

14.12 相位解包裹 462

14.12.1 一维解包裹 463

14.12.2 二维相位解包裹 464

14.12.3 路径跟踪算法 465

14.12.4 与路径无关的方法 466

14.13 非球面及扩展量程的PSI技术 467

14.13.1 混叠 467

14.13.2 子奈奎斯特干涉法 469

14.13.3 双波长PSI 471

14.13.4 子孔径拼接 473

14.14 其他分析方法 474

14.14.1 零交叉分析方法 474

14.14.2 同步检波 474

14.14.3 外差干涉测量法 475

14.14.4 锁相干涉测量法 476

14.14.5 空间同步检波和傅里叶方法 476

14.15 计算机处理和输出 478

14.16 实现和应用 480

14.16.1 商品化的测量仪器 480

14.16.2 干涉仪构造 482

14.16.3 绝对测量 483

14.16.4 光源 485

14.16.5 线性基准 486

14.17 PSI技术的发展趋势 486

参考文献 487

第15章 表面轮廓仪、多波长及白光干涉测量 497

15.1 表面轮廓仪介绍 497

15.1.1 接触式轮廓仪 497

15.1.2 光学轮廓仪 497

15.1.3 干涉型光学轮廓仪 498

15.1.4 确定系统性能的术语和问题 498

15.2 接触式轮廓仪 499

15.2.1 探针轮廓仪 499

15.2.2 扫描探针显微镜 502

15.2.3 AFM和探针轮廓仪的比较 510

15.3 光学轮廓仪 512

15.3.1 光学聚焦传感器 512

15.3.2 共焦显微镜 513

15.4 干涉光学轮廓仪 518

15.5 双波长和多波长技术 524

15.5.1 双波长相位测量 524

15.5.2 多波长相位测量 526

15.5.3 减少测量时间 529

15.6 白光干涉光学轮廓仪 529

15.6.1 白光干涉 529

15.6.2 图像构成 530

15.6.3 白光干涉图的信号处理 531

15.6.4 光源 533

15.6.5 白光条纹色散 533

15.6.6 干涉光学轮廓仪的其他名称 538

15.7 波长扫描干涉仪 539

15.7.1 波长可调谐光源 539

15.7.2 图像构成 540

15.7.3 信号分析 542

15.7.4 薄膜和平板厚度的测量 544

15.8 光谱分辨白光干涉测量 544

15.8.1 图像构成 544

15.8.2 信号分析 546

15.8.3 光谱干涉测量的其他名称 547

15.9 偏振干涉测量 548

15.9.1 微分干涉差显微镜（诺马斯基） 548

15.9.2 几何相移 549

15.10 光学测距方法 552

15.10.1 干涉测距 552

15.10.2 光学三角测量 552

15.10.3 渡越时间（TOF） 552

15.11 总结 552

参考文献 553

第16章 散射表面光学检测 564

16.1 莫尔条纹与条纹投影技术 564

16.1.1 简介 564

16.1.2 什么是莫尔条纹 565

16.1.3 莫尔条纹与干涉图 568

16.1.4 历史回顾 573

16.1.5 条纹投影技术 574

16.1.6 阴影莫尔条纹 576

16.1.7 投影莫尔条纹法 578

16.1.8 双角度全息术 579

16.1.9 共同特征 580

16.1.10 与传统干涉仪的比较结果 580

16.1.11 编码与结构光投影 580

16.1.12 应用 581

16.1.13 总结 581

16.2 全息与散斑测试 582

16.2.1 引言 582

16.2.2 用于非相消检测的全息干涉术 583

16.2.3 散斑干涉术与数字全息技术 587

参考文献 594

第17章 角度、棱镜、曲率半径和焦距的测量 600

17.1 引言 600

17.2 角度测量 600

17.2.1 圆度盘和测角器 600

17.2.2 自准直仪 601

17.2.3 干涉法测量角度 603

17.3 棱镜的测量 603

17.4 曲率半径的测量 606

17.4.1 机械方法测量曲率半径 606

17.4.2 光学方法测量曲率半径 608

17.5 焦距测量 610

17.5.1 光具座 610

17.5.2 焦距计 610

17.5.3 焦距测量的其他方法 611

参考文献 612

第18章 光学面及其特性的数学描述 616

18.1 光学面的定义 616

18.1.1 二次曲面的参数 617

18.1.2 几个有用的z的展开式 618

18.1.3 表面法线的像差 619

18.2 由非球面产生的焦散面 620

18.3 球面的初始像差 621

18.3.1 非球面的球差 621

18.3.2 凹面镜的彗差 622

18.3.3 凹面镜的像散 622

18.4 像散面 623

18.4.1 超环面 623

18.4.2 椭球面和扁圆球面的像散 624

18.4.3 球柱面 626

18.4.4 被测像散面和参考像散面 626

18.4.5 像散面之间的对比关系 627

18.5 离轴二次曲面 628

参考文献 630