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第1章 现代应用光学基础理论概述 1

1.1概述 1

1.1.1本书的背景 1

1.1.2本书的内容安排 1

1.2光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2

1.2.1光学材料的光学参量 2

1.2.2热系数及温度变化效应的消除 4

1.2.3其他玻璃数据 4

1.3新型光学材料 5

1.3.1新型光学材料概述 5

1.3.2光学材料发展概况 6

1.4液晶材料及液晶显示器 12

1.4.1液晶材料及其分类 12

1.4.2常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16

1.4.3 STN-LCD技术 27

1.4.4液晶光阀技术 32

1.4.5硅上液晶（LCoS）反射式显示器 36

1.4.6光计算用SLM 38

1.5电光源和光电探测器 38

1.5.1电光源 38

1.5.2激光器 41

1.5.3光电导探测器 48

1.5.4光伏探测器 49

1.5.5位敏探测器 53

1.5.6阵列型光电探测器 56

1.6波像差像质评价基础知识 59

1.6.1光学系统像差的坐标及符号规则 59

1.6.2无像差成像概念和完善镜头聚焦衍射模式 60

参考文献 63

第2章 光学非球面的应用 67

2.1概述 67

2.2非球面曲面方程 67

2.2.1旋转对称的非球面方程 67

2.2.2圆锥曲线的意义 68

2.2.3其他常见非球面方程 70

2.2.4非球面的法线和曲率 71

2.3非球面的初级像差 71

2.3.1波像差及其与垂轴像差的关系 71

2.3.2非球面的初级像差 73

2.3.3折射锥面轴上物点波像差 75

2.3.4折射锥面轴外物点波像差 76

2.4微振（perturbed）光学系统的初级像差计算 77

2.4.1偏心（decentered）光学面 78

2.4.2光学面的倾斜 80

2.4.3间隔失调（despace）面 81

2.5两镜系统的理论基础 82

2.5.1两镜系统的基本结构形式 82

2.5.2单色像差的表示式 82

2.5.3消像差条件式 84

2.5.4常用的两镜系统 85

2.6二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86

2.6.1消球差的等光程折射非球面 86

2.6.2经典卡塞格林系统 87

2.6.3格里高里系统 88

2.6.4只消球差的其他特种情况 88

2.6.5 R-C（Ritchey-Chretien）系统及马克苏托夫系统 89

2.6.6等晕系统的特殊情况 90

2.6.7库特（Cuder）系统及同心系统 91

2.6.8史瓦希尔德（Schwarzschield）系统 92

2.6.9一个消四种初级像差（SⅠ ＝ SⅡ＝SⅢ＝SⅣ＝0）的系统 93

2.6.10无焦系统 93

2.7两镜系统的具体设计过程 93

2.7.1 R-C系统的设计 93

2.7.2格里高里系统与卡塞格林系统 94

2.8施密特光学系统设计 95

2.8.1施密特光学系统的初级像差 95

2.8.2施密特校正器的精确计算法 98

2.9三反射镜系统设计示例 99

2.9.1设计原则 99

2.9.2设计过程分析 100

2.9.3设计示例 101

参考文献 103

第3章 衍射光学元件 105

3.1概述 105

3.1.1菲涅耳圆孔衍射——菲涅耳波带法 106

3.1.2菲涅耳圆孔衍射的特点 108

3.1.3菲涅耳圆屏衍射 109

3.2波带片 110

3.2.1菲涅耳波带片 110

3.2.2相位型菲涅耳波带片 112

3.2.3条形或方形波带片 113

3.3衍射光学器件衍射效率 113

3.3.1锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113

3.3.2台阶状（二元光学）相位光栅的衍射效率及其计算 114

3.4通过衍射面的光线光路计算 115

3.5衍射光学系统初级像差 118

3.5.1衍射光学透镜的单色初级像差特性 118

3.5.2折衍混合成像系统中衍射结构的高折射率模型及PWC描述 121

3.5.3 P∞、 W∞、 C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122

3.6折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123

3.6.1折衍光学透镜的等效阿贝数v 123

3.6.2用DOL实现消色差 124

3.6.3折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125

3.7衍射透镜的热变形特性 127

3.7.1光热膨胀系数 127

3.7.2消热变形光学系统的设计 129

3.7.3折衍混合系统消热差系统设计示例 130

3.8衍射面的相位分布函数 132

3.8.1用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132

3.8.2用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133

3.9多层衍射光学元件（multi-layer diffractive optical elements） 133

3.9.1多层衍射光学元件的理论分析 134

3.9.2多层衍射光学元件的结构 134

3.9.3多层衍射光学元件材料的选择 134

3.9.4多层衍射光学元件的衍射效率 135

3.9.5多层衍射光学元件在成像光学系统中的应用举例 136

3.10谐衍射透镜（HDL）及其成像特点 137

3.10.1谐衍射透镜 137

3.10.2谐衍射透镜的特点 137

3.10.3单片谐衍射透镜成像 138

3.10.4谐衍射／折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139

3.11衍射光学轴锥镜（简称衍射轴锥镜） 143

3.11.1衍射轴锥镜 143

3.11.2设计原理和方法 144

参考文献 150

第4章 非对称光学系统像差理论 153

4.1波像差与Zernike多项式概述 153

4.1.1波前像差理论概述 153

4.1.2角向、横向和纵向像差 154

4.1.3 Seidel像差的波前像差表示 155

4.1.4泽尼克（Zernike）多项式 162

4.1.5条纹（fringe） Zernike系数 164

4.1.6波前像差的综合评价指标 165

4.1.7色差 167

4.1.8典型光学元件的像差特性 167

4.2非对称旋转成像光学系统中像差理论 174

4.2.1重要概念简介 174

4.2.2倾斜非球面光学面处理 176

4.2.3局部坐标系统（LCS）近轴光方法计算单个光学面像差场中心 176

4.2.4 OAR的参数化 179

4.2.5倾斜和偏心的光学面的定位像差场对称中心矢量（像差场偏移量的推导） 181

4.2.6基于实际光线计算单个面的像差场中心 182

4.2.7失调光学系统的波像差表示式 183

4.2.8举例：LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185

4.3近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187

4.3.1光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187

4.3.2带有近圆光瞳的非旋转对称光学系统中的三级像差 187

4.3.3节点像差场 191

4.3.4波前误差以及光线的横向像差 194

4.3.5非对称光学系统中的三级畸变 195

4.4非旋转对称光学系统的多节点五级像差：球差 197

4.4.1非旋转对称光学系统像差概述 197

4.4.2非旋转对称光学系统的五级像差 198

4.4.3五级像差的特征节点行为：球差族包括的各项 199

参考文献 203

第5章 光学自由曲面的应用 205

5.1光学自由曲面概述 205

5.2参数曲线和曲面 206

5.2.1曲线和曲面的参数表示 206

5.2.2参数曲线的代数和几何形式 210

5.3 Bezier曲线与曲面 212

5.3.1 Bezier曲线的数学描述和性质 212

5.3.2 Bezier曲面 215

5.4 B样条（B-spline）曲线与曲面 217

5.4.1 B样条曲线的数学描述和性质 217

5.4.2 B样条曲线的性质 219

5.4.3 B样条曲面的表示 220

5.5双三次均匀B样条曲面 221

5.5.1 B样条曲面 221

5.5.2双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223

5.6非均匀有理B样条（NURBS）曲线与曲面 224

5.6.1 NURBS曲线与曲面 224

5.6.2 NURBS曲线的定义 224

5.6.3 NURBS表示 226

5.6.4非均匀有理B样条曲面 228

5.7 Coons曲面 229

5.7.1基本概念 229

5.7.2双线性Coons曲面 230

5.7.3双三次Coons曲面 231

5.8自由曲面棱镜光学系统 232

5.8.1自由曲面棱镜概述 232

5.8.2矢量像差理论及初始结构确定方法 233

5.8.3自由曲面棱镜设计 236

5.8.4用光学设计软件设计含自由曲面的光学系统 238

参考文献 239

第6章 共形光学系统 241

6.1概述 241

6.1.1共形光学系统的一般要求 241

6.1.2共形光学系统的主要参量 244

6.1.3共形光学系统中的像差校正 250

6.1.4共形光学系统实际应用须考虑的问题 252

6.2椭球整流罩的几何特性及消像差条件在共形光学系统中的应用 253

6.2.1椭球面几何特性分析 253

6.2.2椭球整流罩的几何特性 256

6.2.3利用矢量像差理论分析椭球整流罩结构的像差特性 258

6.3基于Wassermann-Wolf方程的共形光学系统设计 259

6.3.1共形光学系统解决像差动态变化的方法概述 259

6.3.2共形光学系统的像差分析 260

6.3.3 Wassermann-Wolf非球面理论 261

6.3.4利用Wassermann-Wolf原理设计共形光学系统 265

6.4折／反射椭球形整流罩光学系统的设计 268

6.4.1折／反射椭球形整流罩光学系统的设计原则 269

6.4.2椭球形整流罩像差分析 269

6.4.3两镜校正系统初始结构设计原理 269

6.4.4用平面对称矢量像差理论分析光学系统像差特性 274

6.4.5设计结果 275

6.5共形光学系统的动态像差校正技术 276

6.5.1共形光学系统的固定校正器 276

6.5.2弧形校正器 278

6.5.3基于轴向移动柱面—泽尼克校正元件的动态像差校正技术 280

6.6二元光学元件在椭球整流罩导引头光学系统中的应用 283

6.6.1二元光学元件的光学特性 284

6.6.2二元衍射光学元件在椭球形整流罩导引头光学系统中的应用 286

6.6.3利用衍／射光学元件进行共形整流罩像差校正的研究 288

6.6.4折／衍混合消热差共形光学系统的设计 291

6.7利用自由曲面进行微变焦共形光学系统设计 295

6.7.1自由曲面进行微变焦共形光学系统的特点 295

6.7.2利用自由曲面的像差校正方法 295

6.8基于实际光线追迹的共形光学系统设计概述 298

6.8.1实际光线追迹设计方法可在共形光学系统整个观察视场内得到较好像质 298

6.8.2实际光线追迹方法概述 299

参考文献 302

第7章 非成像光学系统 308

7.1引言 308

7.1.1太阳能热发电技术简介 308

7.1.2太阳能光伏发电 311

7.1.3照明非成像光学 312

7.2非成像光学概述 314

7.2.1非成像会聚器特性 314

7.2.2光学扩展不变量 314

7.2.3会聚度的定义 315

7.3会聚器理论中的一些几何光学概念 316

7.3.1光学扩展量的几何光学概念 316

7.3.2在成像光学系统中像差对会聚度的影响 317

7.3.3光学扩展量（拉氏不变量）和相空间的广义概念 318

7.3.4斜不变量 320

7.4非成像光学的边缘光线原理 322

7.4.1边缘光线原理 322

7.4.2边缘光线原理应用——“拉线”方法 322

7.5复合抛物面会聚器（CPC） 324

7.5.1光锥会聚器 324

7.5.2复合抛物面会聚器（CPC）概述 324

7.5.3复合抛物面会聚器的性质 326

7.5.4增加复合抛物面会聚器的最大会聚角 328

7.6同步多曲面设计方法 331

7.6.1 SMS方法设计会聚器概述 331

7.6.2一个非成像透镜的设计：RR会聚器 332

7.6.3 XR会聚器 335

7.6.4 RX会聚器 337

7.7 XX类会聚器 340

7.7.1 XX类会聚器的原理 340

7.7.2 RX1会聚器 341

7.7.3 RX 1会聚器的三维分析 341

7.8非成像光学用于LED照明 343

7.8.1边缘光线扩展度守恒原理和控制网格算法 344

7.8.2 LED的非成像光学系统设计实例 346

7.8.3大范围照明光源设计（二维给定光分布设计） 347

7.9非成像光学用于LED均匀照明的自由曲面透镜 348

7.9.1均匀照明的自由曲面透镜概述 348

7.9.2 LED浸没式自由曲面透镜设计方法 349

7.9.3设计示例 351

参考文献 353

第8章 光电光学系统中紧凑型照相光学系统设计 356

8.1概述 356

8.1.1数码相机的组成 356

8.1.2数码相机中图像传感器CCD和CMOS的比较 357

8.1.3数码相机的分类 359

8.1.4数码相机的光学性能 364

8.1.5数码相机镜头的分类和特点 365

8.2数码相机镜头设计示例 367

8.2.1球面定焦距镜头设计示例 367

8.2.2非球面定焦距镜头设计示例 370

8.3变焦距镜头设计示例 372

8.3.1变焦透镜组原理 373

8.3.2非球面变倍镜头初始数据 373

8.3.3折叠式（潜望式）变焦镜头示例 376

8.4手机照相光学系统 378

8.4.1手机照相光学系统概述 378

8.4.2两片型非球面手机物镜设计示例 379

8.4.3三片型手机物镜设计 382

8.5手机镜头新技术概述 385

8.5.1自由曲面在手机镜头中的应用 385

8.5.2液体镜头 385

8.6鱼眼镜头概述 388

8.6.1鱼眼镜头是“仿生学的示例” 388

8.6.2鱼眼镜头基本结构的像差校正 390

8.6.3鱼眼镜头基本光学结构的演变 391

8.6.4鱼眼镜头的发展 391

8.6.5鱼眼镜头的光学性能 393

8.6.6光阑球差与入瞳位置的确定 396

8.6.7光阑彗差与像差渐晕 398

8.6.8鱼眼镜头示例与投影方式比较 399

参考文献 402

第9章 光学系统焦深的扩展与衍射极限的突破 405

9.1概述 405

9.1.1扩展焦深概述 405

9.1.2超衍射极限近场显微术概述 409

9.1.3远场超分辨成像 418

9.2光学成像系统景深的延拓 420

9.2.1景深延拓概述 420

9.2.2延拓景深的方形孔径相位模板 425

9.2.3增大景深的圆对称相位模板 438

9.3多环分区圆对称相位模板设计 442

9.3.1多环分区圆对称相位模板的概念 442

9.3.2多环分区圆对称相位模板对应系统的特性 448

9.3.3圆对称相位模板成像系统的优缺点 450

9.3.4初级像差的影响以及延拓景深图像的复原 451

9.3.5延拓景深相位模板系统的图像复原与其光学成像系统的光学设计 456

9.3.6延拓景深光学成像系统的光学设计 460

9.4轴锥镜（axicon）扩展焦深 468

9.4.1轴锥镜 468

9.4.2小焦斑长焦深激光焦点的衍射轴锥镜的设计 476

9.5近场光学与近场光学显微镜 478

9.5.1近场光学概念 478

9.5.2近场扫描光学显微镜（NSOM） 482

9.6扫描探针显微镜 488

9.6.1与隧道效应有关的显微镜 489

9.6.2原子力显微镜（AFM） 491

9.6.3扫描力显微镜（SFM） 495

9.6.4检测材料不同组分的SFM技术 498

9.6.5光子扫描隧道显微镜（PSTM） 499

9.7原子力显微镜 504

9.7.1原子力显微镜的基本组成 504

9.7.2近场力 505

9.7.3微悬臂力学 507

9.7.4 AFM探测器信号 508

9.7.5原子力显微镜的测量模式 509

9.7.6原子力显微镜检测成像技术 512

9.7.7 AFM的优点和正在改进之处 513

9.7.8电力显微镜（EFM） 513

9.8远场超高分辨率显微术 516

9.8.1远场超高分辨率显微术概述 516

9.8.2 4Pi显微镜 517

9.8.3 3D随机光学重建显微镜（STORM） 519

9.8.4平面光显微镜（SPIM）基本原理 520

9.8.5福斯特共振能量转移显微镜（FRETM） 521

9.8.6全内反射荧光显微镜（TIRFM） 522

9.9衍射光学组件用于扫描双光子显微镜的景深扩展 524

9.9.1远场超分辨显微镜扩展焦深概述 524

9.9.2扩展焦深显微光学系统设计 525

9.9.3扫描双光子显微成像系统的扩展景深实验 528

参考文献 532

第10章 自适应光学技术应用概述 542

10.1引言 542

10.1.1自适应光学技术的发展 542

10.1.2自适应光学系统 544

10.1.3自适应光学应用技术 545

10.1.4自适应光学在相控阵系统中的应用 547

10.1.5高能激光相控阵系统简介 549

10.2自适应光学系统原理 553

10.2.1自适应光学概念 553

10.2.2共光路／共模块自适应光学原理及衍生光路 557

10.3自适应光学系统的基本组成原理和应用 569

10.3.1波前传感器 569

10.3.2波前校正器 578

10.3.3波前控制器及控制算法 584

10.3.4激光导星原理及系统 589

10.4天文望远镜及其自适应光学系统 601

10.4.1 2.16 m望远镜及其自适应光学系统 601

10.4.2 37单元自适应光学系统 608

10.4.3 1.2 m望远镜61单元自适应光学系统 612

10.5锁相光纤准直器的自适应阵列实验系统 620

10.5.1概述 620

10.5.2光纤准直器的自适应阵列中的反馈控制 626

10.6阵列光束优化式自适应光学的原理与算法 631

10.6.1光学相控阵技术基本概念 631

10.6.2优化算法自适应光学 633

10.6.3阵列光束优化式自适应光学的原理与发展 634

10.6.4阵列光束优化式自适应光学算法 635

10.7自适应光学技术在自由空间光通信中的应用 642

10.7.1自由空间光通信概述 642

10.7.2自由空间光通信系统概述 643

10.7.3一些自由空间光通信的示例 649

10.7.4自适应光学结合脉冲位置调制（PPM）改善光通信性能 653

10.7.5无波前传感自适应光学（AO）系统 656

10.8自由空间激光通信终端系统原理 659

10.8.1终端系统结构和工作原理 659

10.8.2激光收发子系统 660

10.8.3捕获跟踪瞄准（ATP）子系统 662

10.8.4光学平台子系统 662

10.8.5卫星终端系统概述 666

10.8.6基于自适应光学技术的星载终端光学系统方案示例 673

10.9自适应光学技术的其他典型应用举例 675

10.9.1自适应光学技术在惯性约束聚变技术中的应用概述 675

10.9.2自适应光学用于月球激光测距 679

10.9.3自适应光学系统在战术激光武器中的应用简介 682

10.9.4自适应光学在医学眼科成像中的应用 689

参考文献 696

第11章 微纳投影光刻技术导论 711

11.1引言 711

11.2光刻离轴照明技术 717

11.3投影光刻掩模误差补偿 721

11.4投影光刻相移掩模 728

11.5电子投影光刻（EPL） 735

11.6离子束曝光技术 750

11.7纳米压印光刻（NIL）技术 754

参考文献 761

第12章 投影光刻物镜 769

12.1概述 769

12.1.1光刻技术简介 769

12.1.2提高光刻机性能的关键技术 769

12.1.3 ArF光刻机研发进展 771

12.1.4下一代光刻技术的研究进展 772

12.2投影光刻物镜的光学参量 772

12.2.1投影光刻物镜的光学特征 772

12.2.2工作波长与光学材料 774

12.3投影光刻物镜结构形式 784

12.3.1折射式投影物镜结构形式 784

12.3.2折射式光刻投影物镜 785

12.3.3深紫外（DUV）投影光刻物镜设计要求 786

12.3.4深紫外（DUV）非球面的投影光刻物镜 786

12.3.5光阑移动对投影光刻物镜尺寸的影响 787

12.4光刻物镜的像质评价 788

12.4.1波像差与分辨率 788

12.4.2基于Zernike多项式的波像差分解 791

12.4.3条纹Zernike多项式的不足与扩展 794

12.5运动学安装机理与物镜像质精修 795

12.5.1运动学安装机理 795

12.5.2物镜像质精修 796

12.5.3投影光刻物镜的像质补偿 796

12.6进一步扩展NA 801

12.6.1用Rayleigh公式中的因子扩展NA 801

12.6.2非球面的引入 802

12.6.3反射光学元件的引入 802

12.6.4两次曝光或两次图形曝光技术 803

12.7浸没式光刻技术 803

12.7.1浸没式光刻的原理 803

12.7.2浸没液体 804

12.7.3浸没式大数值孔径投影光刻物镜 805

12.7.4偏振光照明 806

12.7.5投影光刻物镜的将来趋势 808

12.8极紫外（EUV）光刻系统 810

12.8.1极紫外（EUV）光源 810

12.8.2 EUVL（extreme ultraviolet lithography）投影光刻系统的主要技术要求 813

12.8.3两镜EUV投影光刻物镜 815

12.8.4 ETS 4镜原型机 819

12.9 EUVL6镜投影光学系统设计 820

12.9.1非球面6镜投影光学系统结构 820

12.9.2分组设计法——渐进式优化设计6片（22 nm技术节点）反射式非球面投影光刻物镜 821

12.9.3 EUVL照明系统设计要求 825

12.10鞍点构建方法用于光刻物镜设计 827

12.10.1构建鞍点的价值函数的基本性质 827

12.10.2鞍点构建 828

12.10.3 DUV光刻物镜的枢纽 830

12.10.4深紫外（DUV）光刻物镜设计举例 832

12.10.5用鞍点构建方法设计EUV投影光刻系统 835

12.10.6极紫外（EUV）光刻物镜举例 836

12.10.7鞍点构建设计方法中加入非球面设计概述 837

参考文献 840

第13章 表面等离子体纳米光子学应用 850

13.1表面等离子体概述 850

13.1.1表面等离子体相关概念 850

13.1.2表面等离子体激发方式 852

13.2 SPP产生条件和色散关系 854

13.2.1电荷密度波（CWD）与激发SPP的条件 854

13.2.2介电质／金属结构中典型的SPP色散曲线 856

13.3 SPP的特征长度 858

13.3.1概述 858

13.3.2 SPP的波长λSPP 859

13.3.3 SPP的传播距离δSPP 860

13.3.4实验 862

13.3.5 SPP场的穿透深度δd和δm 863

13.4 SPP的透射增强 864

13.4.1透射增强 864

13.4.2围绕单孔的同心环槽状结构 865

13.4.3平行于单狭缝的对称线性槽阵列 866

13.5突破衍射极限的超高分辨率成像和银超透镜的超衍射极限成像 867

13.5.1超透镜的构成 867

13.5.2银超透镜 868

13.5.3银超透镜成像实验 869

13.6 SPP纳米光刻技术 870

13.6.1表面等离子体共振干涉纳米光刻技术 870

13.6.2基于背面曝光的无掩模表面等离子体激元干涉光刻 871

13.6.3在纳米球—金属表面系统中激发间隙模式用于亚30 nm表面等离子体激元光刻 873

13.6.4用介电质—金属多层结构等离子体干涉光刻 875

13.7高分辨率并行写入无掩模等离子体光刻 879

13.7.1无掩模等离子体光刻概述 879

13.7.2传播等离子体（PSP）和局域等离子体（LSP） 879

13.7.3纳米等离子体光刻渐进式多阶聚焦方案 880

参考文献 885

第14章 干涉技术与光电系统 892

14.1概述 892

14.1.1经典干涉理论 892

14.1.2光的相干性 893

14.1.3常用的激光器及其相干性 894

14.2传统干涉仪的光学结构 897

14.2.1迈克尔逊（Michelson）干涉仪 897

14.2.2斐索（Fizeau）干涉仪 898

14.2.3泰曼-格林（Twyman-Green）干涉仪 899

14.2.4雅敏（Jamin）干涉仪 900

14.2.5马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉仪 901

14.3激光干涉仪的光学结构 901

14.3.1激光偏振干涉仪 902

14.3.2激光外差干涉仪 904

14.3.3半导体激光干涉仪光学系统 906

14.3.4激光光栅干涉仪光学系统 907

14.3.5激光多波长干涉仪 912

14.3.6红外激光干涉仪 916

14.3.7双频激光干涉仪 919

14.4波面与波形干涉系统光学结构 921

14.4.1棱镜透镜干涉仪光学系统 922

14.4.2波前剪切干涉仪 923

14.4.3三光束干涉仪与多光束干涉仪 926

14.4.4数字波面干涉系统 928

14.4.5锥度的干涉测量光学结构 930

14.5表面微观形貌的干涉测量系统 931

14.5.1相移干涉仪光学结构 931

14.5.2锁相干涉仪光学结构 931

14.5.3干涉显微系统光学结构 933

14.5.4双焦干涉显微镜光学结构 936

14.6亚纳米检测干涉光学系统 937

14.6.1零差检测干涉系统 937

14.6.2外差检测干涉系统 939

14.6.3自混频检测系统 940

14.6.4自适应检测系统 942

14.7 X射线干涉仪系统光学结构 943

14.7.1 X射线干涉仪的特点 943

14.7.2 X射线干涉仪的原理 944

14.7.3 X射线干涉仪的应用 944

14.8瞬态光电干涉系统 945

14.8.1瞬态干涉光源 945

14.8.2序列脉冲激光的高速记录 946

14.9数字全息干涉仪光学结构 948

14.10光纤干涉光学系统 952

14.10.1光纤干涉基本原理 952

14.10.2光纤干涉光学系统结构 952

14.10.3 Sagnac干涉仪：光纤陀螺仪和激光陀螺仪 957

14.10.4微分干涉仪光学结构 959

14.10.5全保偏光纤迈克尔逊干涉仪光学结构 961

14.10.6三光束光纤干涉仪光学结构 962

14.10.7全光纤白光干涉仪光学结构 963

14.10.8 相位解调技术 965

参考文献 969

第15章 光电光谱仪与分光光学系统设计 972

15.1光谱与光谱分析概述 972

15.1.1光谱的形成和特点 972

15.1.2光谱仪器 975

15.1.3光谱分析 977

15.2光电光谱仪器的色散系统 978

15.2.1棱镜系统 978

15.2.2平面衍射光栅 983

15.2.3凹面衍射光栅 989

15.2.4阶梯光栅 992

15.3光电光谱仪器的光学系统设计 993

15.3.1常用的光谱仪器光学系统 993

15.3.2光谱仪器光学系统的初级像差 994

15.3.3光谱仪器光学系统的像差校正 997

15.3.4反射式准直和成像系统的像差 998

15.3.5常用平面光栅装置类型 1001

15.3.6凹面光栅光谱装置光学系统 1007

15.4典型光电光谱仪器光学系统设计 1008

15.4.1摄谱仪和光电直读光谱仪光学系统设计 1008

15.4.2单色仪和分光光度计光学系统设计 1015

15.4.3干涉光谱仪光学系统设计 1027

15.5激光光谱仪光学系统设计 1030

15.5.1激光光谱仪 1030

15.5.2傅里叶变换光谱仪光学系统设计 1032

15.5.3光谱成像仪光学系统设计 1039

参考文献 1042

第16章 光波的偏振态及其应用 1043

16.1光波的偏振态 1043

16.1.1椭圆偏振电磁场 1044

16.1.2线偏振和圆偏振电磁场 1045

16.1.3偏振光的描述 1046

16.1.4偏振光的分解 1051

16.1.5琼斯矩阵与穆勒矩阵（Mueller matrix） 1052

16.2偏振光学元件 1056

16.2.1偏振片 1056

16.2.2偏振棱镜 1062

16.2.3退偏器 1067

16.3偏振棱镜设计与应用示例 1070

16.3.1偏振耦合测试系统中偏振棱镜的设计 1070

16.3.2高透射比偏光棱镜 1073

16.3.3高功率YVO4晶体偏振棱镜 1075

16.4相位延迟器 1077

16.4.1相位延迟器概述 1077

16.4.2双折射型消色差相位延迟器 1078

16.4.3全反射型消色差相位延迟器原理 1080

16.5偏振光学用于水下成像 1085

16.5.1斯托克斯（Stokes）矢量法 1085

16.5.2水下偏振图像采集光学系统的设计 1088

16.5.3斯托克斯图像的测量方案 1091

16.6椭圆偏振薄膜测厚技术 1095

16.6.1薄膜测量方法概述 1095

16.6.2椭偏测量技术的特点和原理 1096

16.6.3椭偏测量系统类型 1097

16.6.4干涉式椭偏测量技术 1100

16.6.5外差干涉椭圆偏振测量原理及光学系统 1102

16.6.6外差椭偏测量仪 1106

16.7基于斯托克斯矢量的偏振成像仪器 1109

16.7.1斯托克斯矢量偏振成像仪器概述 1109

16.7.2多角度偏振辐射计 1114

16.8共模抑制干涉及其应用 1118

16.8.1共模抑制干涉技术概述 1118

16.8.2偏振光在零差激光干涉仪中的应用 1122

16.8.3利用偏振干涉原理测量表面粗糙度的方法 1126

16.8.4光功率计分辨率对测量结果的影响 1130

16.8.5在线测量表面粗糙度的共光路激光外差干涉仪 1132

参考文献 1134