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目录 1

译者序 1

前言 1

第1章 引言 1

1.1 回顾 1

参考文献 7

第2章　定位、定向和测量大小的仪器 9

2.1 准直 9

2.2　定位与跟踪 12

2.2.1　象限光电二极管 12

2.2.2　位置识别探测器 15

2.2.3　光栅位置传感器 17

2.3　激光水准仪 19

2.4　线径测量传感器 21

2.5　颗粒尺寸的测量 23

参考文献 29

第3章　激光测距仪 30

3.1 三角测量 31

3.2　光行经时间式测距仪 33

3.2.1　功率的预算 33

3.2.2　系统等式 35

3.2.3　脉冲式测距仪的精度 38

3.2.3.1　时域信号的最佳滤波 42

3.2.4　正弦波式测距仪的精度 45

3.2.5　不定性问题 46

3.2.6　固有的精度和标定 48

3.2.7　发射和接收光 48

3.3　测距仪的改进型仪器 50

3.3.1　脉冲式测距仪 50

3.3.1.1　基本脉冲发生器的改进 52

3.3.1.2　慢脉冲式脉冲测距仪 53

3.3.2　正弦波式测距仪 56

3.4　成像测距仪 60

3.5　脉冲激光雷达 61

参考文献 66

第4章　激光干涉测量 68

4.1　干涉测量应用概述 69

4.2　激光干涉仪 71

4.2.1　双光束激光干涉仪 71

4.2.2　双频激光干涉仪 77

4.2.2.1　纳米级位移测量 80

4.2.3　激光干涉测量 82

4.2.3.1 多维测量 82

4.2.3.2　平面度测量 83

4.2.3.3　垂直度测量 83

4.2.3.4　漫反射目标的测量 84

4.3　性能参数 85

4.4　性能极限 87

4.4.1　量子噪声极限 87

4.4.2　时间相干性 88

4.4.3　空间相干与偏振状态 90

4.4.4　介质的色散 90

4.4.5　热相位误差 91

4.4.6　布朗运动 91

4.4.7　散斑相关误差 91

4.5　干涉仪的输出（结构）形式 93

4.5.1 内结构式 93

4.5.2　回射式结构 96

4.5.2.1　弱反馈状态下的回射分析 97

4.5.2.2　回射式干涉仪的带宽和噪声 98

4.5.2.3　He-Ne回射式干涉仪 100

4.5.2.4 中等水平的回射分析 102

4.5.2.5　三反射镜方式分析 103

4.5.2.6　Lang-Kobayashi等式分析 105

4.5.2.7 半导体激光回射式干涉仪 107

4.6　激光测振仪 109

4.6.1　短距离测振仪 110

4.6.1.1　高频条纹跟踪 112

4.6.2 中距离测振仪 113

4.6.2.1　条纹稳定型回射式测振仪 113

4.6.2.2　一种普通的回射式测振仪 116

4.6.3　远距离测振仪 117

4.7 回射式干涉仪的其他应用 123

4.7.1　绝对距离测量 123

4.7.2　角度测量 125

4.7.3　弱反射检测 126

4.8　白光干涉仪 130

4.8.1　轮廓测量的应用 132

参考文献 134

第5章　散斑仪 137

5.1　散斑特性 138

5.1.1　概述 138

5.1.2　统计分析 141

5.1.3　允许的散斑尺寸 145

5.1.4　散斑统计特性的联合分布 145

5.1.5　散斑相位误差 149

5.1.6 目标移动产生的散斑误差 150

5.1.9　探测器的尺寸所引起的相位误差和散斑误差 151

5.1.7　光束移动引起的散斑误差 151

5.1.8　变焦镜头引起的散斑误差 151

5.2　单点干涉仪中的散斑 152

5.2.1　振动测量中的散斑 152

5.2.2　位移测量中的散斑 153

5.2.3　散斑相位误差校正问题 159

5.3　电子散斑干涉仪 162

参考文献 168

第6章　激光多普勒测速仪 170

6.1　工作原理 170

6.1.1　测速仪就是干涉仪 172

6.2.2　多普勒频率的准确度 174

6.2　性能参数 174

6.2.1　相对误差衡量因子 174

6.2.3　敏感区的尺寸 175

6.2.4　序列和位置误差 176

6.2.5　光子探测器的位置 178

6.2.6　方向识别 179

6.2.7　播种粒子 180

6.3 多普勒信号的电子学处理 181

6.3.1　时域处理法 181

6.3.2　频域处理法 183

6.4　光学结构 185

参考文献 186

7.1 回顾 187

第7章　陀螺仪 187

7.2　塞纳克效应 191

7.2.1　塞纳克效应和相对性 192

7.2.2　塞纳克相位信号和相位噪声 193

7.3　陀螺仪的基本结构 196

7.4　RLG的发展 200

7.4.1　颤动式激光陀螺仪 202

7.4.2　环形Zeeman激光陀螺仪 204

7.4.3　RLG性能 207

7.5　光纤陀螺仪的发展 210

7.5.1　开环光纤陀螺仪 210

7.5.2.1　相位调制器 213

7.5.2　对FOG部件的要求 213

7.5.2.2　光纤 214

7.5.2.3　偏振器 215

7.5.2.4　回向散射效应 216

7.5.2.5　光源 216

7.5.2.6　耦合器 217

7.5.2.7　接收器 218

7.5.2.8　残留误差 218

7.5.3　FOG的补偿技术 218

7.5.4 闭环FOG 220

7.6　谐振式FOG和其他方法 223

7.7 汽车自动化中的3×3FOG 225

7.8　MEMS陀螺仪及其他方法 227

7.8.1　MEMS陀螺仪 229

7.8.2　压电陀螺仪 232

参考文献 233

第8章　光纤传感器 236

8.1　引言 236

8.1.1　OFS分类 237

8.1.2 OFS概况 237

8.2　光学应变仪：一个研究例子 239

8.3　读出结构 239

8.3.1 强度读出 240

8.3.2.1　圆双折射读出 249

8.3.2　偏振读出 249

8.3.2.2　电流OFS的性能 254

8.3.2.3　线性双折射读出 255

8.3.2.4　复合双折射读出 258

8.3.2.5　外部调制型偏振计温度OFS 259

8.3.3　干涉测量读出 260

8.3.3.1　被测量的相位响应度 262

8.3.3.2　干涉型OFS的实例 262

8.3.3.3 白光干涉型OFS 263

8.3.3.4　相干辅助读出 264

8.4.1　复用 266

8.4　多路复用式和分布式的OFS 266

8.4.2　分布式传感器 269

参考文献 272

附录A0　术语 274

A0.1　响应度和灵敏度 274

A0.2　不确定性和分辨率 275

附录A1　仪器中的激光器 276

A1.1　激光基础 278

A1.1.1　振荡条件 279

A1.1.2　相干 280

A1.1.3　He-Ne激光器的类型 281

A1.2　He-Ne激光的频率稳定 284

A1.2.1　频率参考和误差信号 284

A1.2.2　腔长的调节 288

A1.2.4　He-Ne激光器最终的评价 289

A1.2.3　频率稳定性的最终限制 289

A1.3　半导体窄线和频率稳定的激光器 290

A1.3.1 半导体激光器的类型和参数 290

A1.3.2　稳频的半导体激光器 294

A1.4　二极管-泵浦、固态激光器 295

A1.5　激光安全问题 298

参考文献 300

附录A2　基本的光学干涉仪 301

A2.1　结构和性能 301

A2.2　光学元件的选择 305

参考文献 308

A3.1　混浊性 309

附录A3　大气传输 309

A3.2　湍流 315

参考文献 317

附录A4　时间优化滤波器 319

参考文献 320

附录A5　传播和衍射 321

A5.1　传播 321

A5.2　菲涅耳近似 322

A5.3　例子 323

参考文献 326

附录A6　光电仪器的信息源 327

关于作者 329