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第1章 剪切干涉术概述1

1.1 剪切干涉术的产生1

1.2 剪切干涉术的发展简史2

1.3 剪切干涉仪的特点4

1.4 剪切干涉仪的应用概况6

参考文献7

第2章 光干涉的基本理论与技术9

2.1 光的波动性及其数学描述9

2.2 波动方程中特征量的基本概念与意义11

2.2.1 波长、周期与频率11

2.2.2 波速与光程11

2.2.3 相位差与光程差11

2.2.4 振幅与光强度13

2.2.5 光强度与光程差13

2.2.6 球面波与平面波14

2.3 光的干涉现象与相干条件15

2.3.1 光的干涉现象15

2.3.2 相干条件16

2.4 光干涉的普遍规律17

2.4.1 光强分布公式的讨论17

2.4.2 干涉图样的对比度20

2.5 干涉条纹宽度与形状20

2.5.1 条纹的线宽度与角宽度20

2.5.2 干涉条纹的形状22

2.5.3 干涉条纹的观测24

2.6 分光方法与分光元件25

2.6.1 三种分光方法25

2.6.2 振幅分光法的膜层分配及其对对比度的影响26

2.6.3 光栅分光元件26

2.6.4 平行平板分光元件27

2.6.5 立方棱镜分光镜28

2.6.6 偏光分光镜29

2.7 平板干涉及其重要性30

2.7.1 平板干涉及其特点30

2.7.2 平板干涉中光程差计算与讨论32

2.7.3 平板的等厚干涉与等倾干涉35

2.8 白光干涉38

2.8.1 白光干涉现象及彩色干涉条纹图谱38

2.8.2 白光干涉中的两个重要问题39

2.9 剪切干涉的初步知识41

2.9.1 引言41

2.9.2 横向剪切干涉仪的基本原理与基本概念41

2.9.3 波面剪切、倾角及条纹取向44

2.10 剪切干涉仪中的白光光源与激光光源45

参考文献46

第3章 波前横向剪切干涉仪47

3.1 引言47

3.2 波前剪切干涉仪的主要类型与特点47

3.2.1 波前横向剪切干涉仪48

3.2.2 波前径向剪切干涉仪48

3.2.3 波前旋转剪切干涉仪51

3.2.4 波前翻转剪切干涉仪53

3.2.5 不同类型干涉仪的图示说明53

3.3 横向剪切干涉仪的基本原理55

3.3.1 结构形式与干涉原理56

3.3.2 波像差与干涉条纹的关系57

3.3.3 几种像差的干涉图形表达式58

3.3.4 关于色差的若干考虑64

3.3.5 条纹形状与镜面缺陷65

3.4 由横向剪切干涉条纹求解未知波面形状67

3.4.1 引言67

3.4.2 一维联立解析法68

3.4.3 二维联立解析法73

3.4.4 作图解析法77

3.5 剪切量、参考点与灵敏度80

3.5.1 用经验公式选取剪切量80

3.5.2 参考点的选取方法82

3.5.3 灵敏度与剪切量的关系84

3.6 影响剪切干涉图形对比度的因素86

3.6.1 对比度的两种不同含义及其影响对比度降低的因素86

3.6.2 光源的非单色性87

3.6.3 光强不等及其杂散光的存在89

3.6.4 光源容许尺寸与对比度及剪切量的关系92

3.6.5 偏振等其他因素的影响以及各种因素影响的综合96

参考文献97

第4章 棱镜式横向剪切干涉仪99

4.1 剪切干涉仪的产生99

4.1.1 基于马赫-曾德尔干涉仪的剪切干涉仪原理99

4.1.2 基于迈克耳孙干涉仪的剪切干涉仪原理101

4.2 棱镜剪切干涉仪的几种形式102

4.2.1 梯形棱镜型102

4.2.2 锥角棱镜扭转型104

4.2.3 锥角棱镜固定型105

4.2.4 立方棱镜固定型105

4.2.5 两种立方棱镜扭转型106

4.2.6 立方棱镜组合型108

4.2.7 两用可变剪切型109

4.2.8 棱镜剪切干涉仪简要小结110

4.3 棱镜固有像差的消除111

4.3.1 问题的提出111

4.3.2 辅助透镜的选用111

4.4 棱镜剪切干涉仪的结构与使用112

4.4.1 引言112

4.4.2 仪器系统的描述112

4.4.3 仪器结构113

4.4.4 仪器使用115

4.4.5 剪切棱镜的调整原理与方式116

4.5 剪切干涉条纹判读与解析119

4.5.1 像差的干涉图样119

4.5.2 联立解析法求未知波面举例121

4.5.3 联立解析法误差分析125

4.6 一些具体问题及措施127

4.6.1 缝宽计算与制作狭缝的简易方法128

4.6.2 棱镜剪切干涉仪制作中的两个问题129

4.6.3 未能出现干涉条纹的原因分析130

4.6.4 剪切干涉图样的拍摄方法130

参考文献131

第5章 平板式横向剪切干涉仪133

5.1 引言133

5.2 单平板剪切干涉仪134

5.2.1 单平板剪切干涉仪原理134

5.2.2 单平板剪切干涉中的几个基本关系式136

5.2.3 对平板两面平行度的要求139

5.2.4 对平板面形局部误差的要求140

5.2.5 平板两反射面反射率的匹配143

5.2.6 用降低平板平行度要求的转向法测波面曲率半径144

5.2.7 用楔形平板直接检测激光波面146

5.2.8 检测大口径激光束准直性的大口径单平板剪切干涉仪148

5.3 双平板剪切干涉仪150

5.3.1 双平板剪切干涉仪的产生150

5.3.2 双平板剪切干涉仪的原理151

5.3.3 双平板剪切干涉仪的实例152

5.4 三平板环路剪切干涉仪153

5.4.1 三平板环路剪切干涉仪原理153

5.4.2 实现可变横向剪切的几种方式举例155

5.4.3 三平板环路剪切干涉仪的几何尺寸设计157

5.4.4 干涉仪调整与馈光控制159

5.4.5 环路中有光学系统的径向剪切161

5.4.6 干涉仪误差及其测量精度162

5.5 四平板横向剪切干涉仪164

5.6 横向旋转剪切与横向平行剪切的数理关系165

5.6.1 横向旋转剪切的参量关系165

5.6.2 球面波横向旋转剪切的几个关系式166

5.6.3 横向旋转剪切与横向平行剪切的关系167

参考文献167

第6章 光栅式横向剪切干涉仪169

6.1 引言169

6.2 光栅检验法概况170

6.3 朗奇检验原理171

6.3.1 朗奇检验的初期认识171

6.3.2 朗奇检验几何光学原理172

6.3.3 朗奇检验物理光学原理174

6.3.4 朗奇检验几何光学原理与物理光学原理的关系174

6.4 朗奇光栅横向剪切干涉仪176

6.4.1 光栅剪切干涉仪原理及其条纹基本方程176

6.4.2 朗奇图形定量检验公式178

6.4.3 朗奇图形定量检验公式使用说明188

6.5 非球面的朗奇检验193

6.5.1 朗奇检验用于非球面193

6.5.2 零位朗奇检验195

6.6 朗奇检验中的两个问题197

6.6.1 朗奇光栅频率的考虑197

6.6.2 表面面形与朗奇图形的关系199

参考文献200

第7章 剪切干涉仪的基础应用202

7.1 概述202

7.1.1 干涉术在光学测试中的重要性202

7.1.2 选取光学检验方式的原则203

7.1.3 剪切干涉仪的应用范围204

7.2 光学材料均匀性检验205

7.2.1 引言205

7.2.2 成品与半成品材料检验206

7.2.3 激光材料的检验208

7.3 光学元件检验与测量209

7.3.1 引言209

7.3.2 大口径凹球面反射镜的检验210

7.3.3 大口径平面镜的检验213

7.3.4 平板平行度及棱镜角的测量216

7.4 光学系统装校、准直与检验218

7.4.1 在光学装校中的应用218

7.4.2 准直光学系统的检验220

7.4.3 光学系统的波差检验222

7.5 在非球面检验中的应用224

7.5.1 引言224

7.5.2 非球面基本方程及必要的参数225

7.5.3 非球面的辅助检验与补偿检验228

7.5.4 非球面镜的直接检验234

7.5.5 应用两种检验方法的实例241

7.6 光学传递函数的自相关测量245

7.6.1 引言245

7.6.2 自相关法测量光学传递函数的基本原理246

7.6.3 几台早期测量光学传递函数的剪切干涉仪简介247

7.6.4 单平板剪切干涉仪测量调制传递函数250

7.6.5 用三平板环路剪切干涉仪快速测试传递函数250

7.6.6 用光栅剪切干涉仪测量光学传递函数252

7.6.7 用固定剪切量的剪切干涉仪测量光学传递函数255

7.7 在激光参量测试中的特殊用途258

7.7.1 检测激光束的特殊性258

7.7.2 激光束波面曲率半径测量259

7.7.3 激光束波面像差的测量260

7.7.4 相干长度的确定262

7.8 在信息处理及全息术中的应用263

7.8.1 摄影图像实时光学相减263

7.8.2 计算机产生全息图再现波面的评价268

7.8.3 傅里叶变换物镜波像差的检验271

7.9 在气体动力学研究中的应用274

7.9.1 引言274

7.9.2 从马赫-曾德尔干涉仪到剪切干涉仪274

7.9.3 剪切干涉图形的一种分析方法276

7.10 在其他方面的应用279

7.10.1 引言279

7.10.2 激光核聚变玻璃靶球的评价279

7.10.3 全息凹面光栅的检验281

7.10.4 用剪切干涉条纹检查人眼视功能282

7.10.5 眼镜屈光度与质量检查284

参考文献286

第8章 剪切干涉术在其他学科的扩展288

8.1 引言288

8.2 显微剪切干涉术289

8.3 全息剪切干涉术290

8.3.1 全息图作为干涉元件的全息剪切干涉仪291

8.3.2 全息光栅剪切干涉仪292

8.4 散斑剪切干涉术294

8.5 红外剪切干涉仪296

8.6 声光剪切干涉术297

参考文献300

第9章 移相剪切干涉术301

9.1 引言301

9.2 移相剪切干涉数理分析301

9.3 几种移相剪切干涉技术303

9.3.1 PZT移相剪切干涉术303

9.3.2 楔板移相剪切干涉术304

9.3.3 液晶移相剪切干涉术309

9.3.4 光栅移相剪切干涉术311

9.3.5 检偏器移相剪切干涉术315

9.3.6 波片移相剪切干涉术318

9.4 结语320

参考文献320

第10章 剪切干涉波前重建理论与技术323

10.1 概述323

10.2 区域法324

10.2.1 区域法重建概述324

10.2.2 低空间分辨率区域法325

10.2.3 高空间分辨率区域法328

10.3 模式法354

10.3.1 模式法重建基础354

10.3.2 基于Zernike多项式的模式法356

10.3.3 基于xy二维多项式的模式法375

10.4 离散傅里叶变换法377

10.5 波前重建实例379

参考文献381

第11章 剪切干涉术的现代应用385

11.1 长焦距透镜焦距测量385

11.1.1 引言385

11.1.2 测量原理386

11.1.3 结论387

11.2 激光波前测量388

11.2.1 双剪切概念的提出388

11.2.2 结构和原理388

11.2.3 应用实例390

11.2.4 结论391

11.3 光刻机投影物镜像质检测391

11.3.1 光刻机投影物镜像质检测及朗奇剪切干涉391

11.3.2 测量原理392

11.3.3 结论397

11.4 准直光束的检测397

11.4.1 引言397

11.4.2 基本原理397

11.4.3 测量实例398

11.4.4 结论400

11.5 在高速激光通信领域的应用400

11.5.1 双剪切干涉仪结构400

11.5.2 干涉仪结构401

11.5.3 系统试验和分析402

11.5.4 结论403

11.6 在合成孔径激光成像雷达领域的应用404

11.6.1 引言404

11.6.2 合成孔径激光成像雷达相位历史测量404

11.6.3 结论405

11.7 大气湍流的实时测量405

11.7.1 引言405

11.7.2 理论模型406

11.7.3 测量方法409

11.7.4 结论412

参考文献412

第12章 附录414

12.1 Rimmer-Wyant方法剪切矩阵414

12.2 椭圆正交变换法剪切矩阵420

12.3 制作两种规格的梯形棱镜剪切干涉仪的技术要求424

12.3.1 大型棱镜剪切干涉仪424

12.3.2 微型棱镜剪切干涉仪427

12.4 制作全方位旋转楔形平板剪切干涉仪工艺技术要求428

12.4.1 楔形平板加工工艺技术要求428

12.4.2 部分装配图429

12.4.3 应用中的口径85mm全方位旋转剪切干涉仪实物照片430

12.5 制作大口径双楔形平板剪切干涉仪技术要求431

12.5.1 加工技术要求431

12.5.2 装配技术要求432

后记433

索引436