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第一章 激光原理基础1

1.1 激光的基本特性1

一、激光的方向性1

二、激光的高亮度1

三、激光的相干性2

1.2 激光的产生4

一、原子的能级4

二、光与物质的相互作用5

三、玻尔兹曼分布律与光吸收8

四、粒子数反转与光放大9

五、激光介质的增益9

六、谐振腔概述10

七、产生激光的阈值条件12

1.3 光谱线的加宽13

一、自然加宽13

二、碰撞加宽14

三、多普勒加宽15

四、综合加宽19

1.4 激光谐振腔与高斯光束20

一、谐振腔的稳定性20

二、激光腔的膜22

三、高斯光束24

四、高斯光束的转换28

1.5 能级系统的速率方程32

一、二能级系统的速率方程32

二、三能级系统的速率方程33

三、四能级系统的速率方程34

1.6 连续激光器的增益及工作特性39

一、小信号稳态增益39

二、增益饱和和烧孔40

三、输出功率与最佳透射率45

四、单纵模激光的极限线宽47

五、线宽小结50

六、频率牵引效应50

1.7 氦氖激光器51

一、氦氖激光器的工作原理51

二、氦氖激光器的结构53

三、输出功率和运转参数54

四、对3.39μm波长激光振荡的抑制56

五、氦氖激光器的稳频57

六、双频氦氖激光器及其稳频58

参考文献60

第二章 激光干涉测量61

2.1 光的叠加与干涉原理61

一、光的叠加与干涉61

二、双光束干涉条纹68

三、白光干涉72

2.2 激光干涉仪的构成73

一、概述73

二、激光干涉仪主要构件的作用原理77

2.3 激光干涉测长技术84

一、倍频鉴向84

二、干涉条纹的移相85

三、非接触式定位88

四、大气修正91

2.4 双频激光干涉仪97

一、概述97

二、双频激光干涉仪的测长公式99

三、双频激光干涉仪的工作原理99

四、测量功能的扩展104

参考文献105

第三章 激光衍射测量106

3.1 衍射基本原理106

一、惠更斯--菲涅耳原理106

二、菲涅耳--基尔霍夫衍射公式107

三、基尔霍夫衍射公式的近似107

四、巴俾涅原理110

3.2 夫琅和费单缝衍射及其应用111

一、夫琅和费单缝衍射和矩孔衍射111

二、各种狭缝形位的计算公式113

三、测量精度和量程114

四、应用举例--纤维直径激光衍射检测系统115

3.3 夫琅和费圆孔衍射及其应用116

一、夫琅和费圆孔衍射116

二、应用举例--微孔径激光检测系统119

3.4 菲涅耳衍射及菲涅耳透镜120

一、菲涅耳衍射120

二、菲涅耳半波带法121

三、菲涅耳透镜122

3.5 衍射缩放法测量微尺寸125

一、基本原理125

二、光电面接收修正因子125

三、应用举例126

3.6 光学图样光电探测动态仿真及误差修正127

一、基本原理127

二、应用举例128

参考文献130

第四章 激光全息干涉测量131

4.1 全息术及其基本原理131

一、全息术概述131

二、全息术的基本原理132

4.2 全息图的几何分析134

一、基元全息图条纹的分布134

二、点光源照明的波前再现136

三、像的放大率139

4.3 体积全息图139

一、体积全息图的记录139

二、体积全息图的波前再现142

4.4 全息干涉测量方法142

一、二次曝光法143

二、单次曝光法145

三、时间平均法146

4.5 全息干涉测量应用举例147

一、测定光学玻璃折射率的不均匀性147

二、全息光栅及位移精密测量149

参考文献154

第五章 光纤传感检测技术155

5.1 光纤的基本理论155

一、光线理论155

二、波动理论159

三、光纤的传输特性165

5.2 光纤传感检测原理167

一、光纤传感原理167

二、光纤传感器信号检测技术172

5.3 光纤传感检测中的补偿技术175

一、双光路补偿176

二、单光路补偿178

5.4 光纤传感检测技术应用179

一、激光光纤式表面粗糙度智能检测系统179

二、工业用内窥镜180

参考文献182

第六章 其他光电检测方法183

6.1 CCD图像传感器及其应用183

一、CCD芯片的结构183

二、CCD工作原理184

三、CCD基本性能参数185

四、CCD应用187

6.2 CMOS图像传感器188

一、CMOS图像传感器的现状188

二、CMOS图像传感器的总体结构189

三、CMOS图像传感器的发展趋势189

四、基于CCD和CMOS技术的混合数字图像传感器BCMD190

6.3 PSD及其应用190

一、一维PSD的工作原理190

二、二维PSD的工作原理191

三、四象限PSD的工作原理191

四、PSD应用192

6.4 激光扫描法192

一、测量原理192

二、分析和讨论193

6.5 激光半焦斑边缘检测法194

一、理论模型194

二、仿真与检出灵敏度的讨论195

三、半焦斑边缘检出法196

6.6 激光准直测量196

一、激光准直的原理196

二、准直激光器197

三、准直光束的抖动和折射问题198

6.7 激光三角法测量199

一、三角法测量的原理200

二、测控系统200

6.8 分布式光纤传感技术201

一、分布式光纤传感技术的特点201

二、分布式光纤传感技术的现状202

三、分布式光纤传感技术的应用与发展204

参考文献205