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第一篇 激光测量基础3

第一章 激光和相干理论3

一、激光的特性3

(一)单色性3

(二)方向性4

(三)相干性4

(四)高亮度5

二、相干性的光子描述5

(一)光子的基本性质6

(二)光波模式、光子状态和相格6

(三)光子相干性7

(四)相干性的同一理论9

三、相干函数和相干度9

(一)光波的数学描述9

(二)相干函数和相干度11

(三)相干度与条纹的可见度12

四、时间相干性13

(一)时间相干性的内涵13

(二)时间相干性的量度14

五、空间相干性15

(一)空间相干性的内涵15

(二)空间相干性的量度16

(三)时间相干性和空间相干性同时考虑的情况17

六、激光的相干性18

(一)激光光源的时间相干性18

(二)激光光源的空间相干性19

(三)激光干涉条纹的可见度19

七、高阶相干性20

参考文献21

第二章 激光器的物理基础22

一、辐射过程与Einstein系数22

(一)量子态的辐射过程22

(二)自发发射23

(五)Einstein关系式24

(四)受激吸收24

(三)受激发射24

(六)光子简并序25

二、谱线自然加宽与线型函数26

(一)谱线自然加宽26

(二)线型函数28

三、均匀加宽与非均匀加宽29

(一)非辐射跃迁29

(二)碰撞加宽(压力加宽)29

(三)均匀加宽32

(四)Doppler加宽33

(五)非均匀加宽34

(六)综合加宽35

(七)多能级系统的情况37

(八)纵向弛豫时间和横向弛豫时间38

四、激光器速率方程组39

(一)三能级系统的速率方程组39

(二)四能级系统的速率方程组42

五、增益与损耗43

(一)增益43

(二)损耗45

六、增益饱和47

(一)均匀加宽增益饱和47

(二)非均匀加宽增益饱和48

七、激光振荡条件50

八、均匀加宽激光器与非均匀加宽激光器53

(一)均匀加宽激光器53

(二)非均匀加宽激光器54

(三)Lamb凹陷55

九、激光器输出线宽极限56

十、激光器频率牵引58

十一、光学谐振腔的本征模60

(一)本征膜60

(二)圆形镜共焦腔的模式61

参考文献64

(一)原子激光器65

一、气体激光器65

第三章 激光器65

(二)离子激光器68

(三)分子激光器71

二、固体激光器76

(一)红宝石激光器77

(二)掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)激光器78

(三)钕玻璃激光器79

(四)板条激光器79

(五)半导体激光泵浦固体激光器(DPL)80

(六)可调谐固体激光器81

(七)光纤激光器85

(一)半导体p-n结及其能带结构86

三、半导体激光器86

(二)载流子注入87

(三)半导体集居数分布反转的条件88

(四)同质结和异质结半导体激光器89

(五)激光振荡模式90

(六)分布反馈式半导体激光器92

(七)量子阱、量子阱线和量子阱箱激光器93

(八)微腔激光器96

四、液体有机染料激光器98

(一)染料分子的能级、吸收及荧光98

(三)染料激光器的泵浦100

(三)高速Moiré形貌100

(二)染料分子的三重态“陷阱”效应100

(四)染料激光器的调谐101

参考文献102

(一)光调制的基本概念103

第四章 激光器单元技术103

一、激光调制技术103

(二)电光调制104

(三)声光调制111

(四)磁光调制116

(五)电源调制117

(六)其他调制117

二、激光偏转技术118

(一)机械偏转119

(二)电光偏转120

(三)声光偏转122

三、激光调Q技术124

(一)调Q原理124

(二)电光调Q124

(三)声光调Q126

(四)可饱和吸收调Q127

四、激光锁模技术128

(五)几种调Q激光器比较128

(一)模式锁定的基本特性129

(二)典型锁模技术130

(三)单脉冲选取134

五、激光选模技术135

(一)横模选择技术135

(二)纵模选择技术137

六、激光稳频技术140

(一)激光器频率稳定度和再现度140

(二)激光频率主动稳频的方法141

七、激光放大技术144

(一)行波放大器145

(二)注入放大器146

(三)光纤放大器147

八、激光稳强技术148

(一)非线性光学概念149

九、倍频与参量振荡149

(二)非线性光学的数学描述及三波耦合150

(三)光学倍频(二次谐波产生)技术151

(四)光参量振荡技术155

参考文献156

第五章 激光束和激光束传输系统157

一、Gaussian光束157

(一)圆形镜共焦腔的行波场157

(二)Gaussian光束的基本特性158

(三)一般稳定球面腔与共焦腔的等价性160

二、Gaussian光束的传输162

三、Gaussian光束变换的ABCD定则164

(一)Gaussian光束通过薄透镜的变换164

(二)Gaussian光束通过复杂透镜的变换164

四、Gaussian光束的聚焦和准直166

(一)Gaussian光束的聚焦166

(二)Gaussian光束的准直168

五、Gaussian光束的图解法--Collins图170

六、Gaussian光束通过圆孔的衍射171

(一)Kirchhoff-Huygens衍射积分171

(二)Gaussian光束的Frauuhofer圆孔衍射173

(三)Gaussian光束的fResnel圆孔衍射175

(四)基模Gaussian光束的有效通光孔径176

七、Gaussian光束通过透镜序列的传输177

八、Gaussian光束在具有平方折射率分布的媒质中的传输178

九、椭圆Gaussian光束182

(一)圆形Gaussian光束的匹配184

十、Gaussian模的匹配184

(二)椭圆光束与圆光束的匹配186

十一、光束耦合187

(一)直接耦合187

(二)棱镜耦合189

(三)光栅耦合191

十二、无衍射光束192

(一)Bessel光束和Bessel-Gauss光束192

(二)Fresnel衍射的轴向强度192

(三)Fresnel衍射的横向强度分布197

参考文献200

第六章 偏振光技术与偏光器件201

一、偏振光概念201

(一)光的偏振概念201

(二)Fresnel公式及有关概念202

二、偏振光的数学表示与计算203

(二)Poincare球作图法204

(一)电矢分量方法204

(三)Stokes矢量表示法205

(四)Jones矢量方法205

三、偏光变换器件的矩阵表示206

(一)Mueller矩阵和Jones矩阵计算方法206

(二)矩阵运算206

(三)Jones矩阵举例207

(四)Mueller矩阵209

(五)Jones矩阵和Mueller矩阵的比较210

(六)相干矩阵210

四、偏振光的获得及偏光器件211

(一)由反射和折射产生偏振光211

(二)薄膜干涉起偏镜212

(三)二向色偏光镜和线栅偏光镜213

(四)晶体与双折射216

(五)棱镜型偏光器件219

(六)退偏器件226

五、光学延迟和补偿器件228

(一)相位延迟片228

(二)光学补偿器234

六、偏光参数测量236

(一)偏光器件主透射比和消光比的测量237

(二)Stokes参量的测量239

(三)波片相位延迟的精确测量244

七、偏光器件与偏光技术应用举例247

(一)偏光干涉法测量激光发散角247

(二)偏光隔离技术248

(四)偏振和光学逻辑250

(三)偏振成像250

参考文献251

第七章 光电探测器和光电探测技术252

一、光子效应和光热效应252

(一)光子效应252

(二)光热效应254

(三)光电转换定律255

二、光电探测器的特性参数和噪声256

(一)光电探测器特性参数256

(二)光电探测器噪声258

三、光电倍增管260

四、光电导探测器263

(一)光电转换规律263

(二)工作特性264

五、光伏探测器267

(一)两种工作模式267

(二)器件特性268

(三)PIN硅光电二极管270

(四)异质结光电二极管270

(五)雪崩光电极管(APD)271

(七)位置敏感探测器(PSD)272

(六)Schottky势垒光电二极管272

(八)光电三极管274

(九)长波长红外焦平面阵列274

六、电荷耦合器件275

七、热释电探测器277

(一)光子牵引探测器278

八、其他光探测器278

(三)Josephson结探测器279

(二)光磁电探测器279

(四)超导测辐射热计280

九、直接探测280

十、光频外差探测283

(一)光外差原理283

(二)光外差探测的基本特性284

十一、光子计数289

参考文献291

(一)测量误差与精度292

一、测量误差的概述292

第八章 测量误差与测量不确定度292

(二)测量误差分布的统计特性296

(一)绪论300

二、测量不确定度的概述300

(二)定义和概念302

三、测量不确定度的评定方法306

(一)标准不确定度的A类评定306

(二)标准不确定度的B类评定307

(三)标准不确定度的合成309

(四)扩展不确定度的估计310

(二)以规定方式报告测量结果的不确定度314

(一)评定和表示不确定度的步骤314

四、测量不确定度的表示方法314

五、粗大误差的剔除315

(一)3σ准则316

(二)Grubbs准则316

(三)Dixon准则317

六、系统误差的发现318

(一)系统误差的分类和特点319

(二)系统误差的发现320

七、总结和应用举例328

(一)总结328

(二)应用举例332

参考文献334

(一)基本原理337

第一章 波面干涉测量原理337

第二篇 激光测量原理337

一、双光束干涉计量337

(二)信息提取原理338

(三)计量条纹的自动识别方法338

(四)测量精度分析341

(五)用于干涉条纹自动识别的图像处理系统配置341

二、外差干涉计量343

(一)基本原理343

(二)信息的提取原理及方法343

(三)相位展开方法344

(四)频率调制实现方法345

(五)计量精度分析348

三、准外差干涉计量350

(一)基本原理351

(二)步进相移式信息提取方法351

(三)连续相移式信息提取方法352

(四)最佳采样方式的确定353

(五)计量误差分析355

(六)相移实现方法357

四、基于空间相位调制的干涉计量357

(一)基本原理358

(二)信息提取的空间域正弦拟合法358

(三)信息提取的谱域滤波法359

(四)误差分析362

五、多波长波面综合技术364

(一)双波长波面综合原理364

(二)测量精度分析365

(三)提高测量精度的方法365

(五)多波长绝对相位综合技术366

参考文献366

(四)多波长相位综合原理366

(一)Fizeau干涉仪基本形式368

第二章 光学平滑波面的干涉检测技术368

一、Fizeau干涉仪368

(二)Fizeau干涉仪用于光学元件和光学系统的测量370

(三)外差Fizeau干涉仪373

(四)准外差Fizeau干涉仪374

(五)多通道准外差Fizeau干涉仪375

(六)基于空间调制的Fizeau干涉仪376

(七)多波长Fizeau干涉仪376

(八)Fizeau干涉仪系统设计上及测量中的一些考虑376

(九)传统计量条纹级数的判读378

(十)干涉计量系统的调整与定标378

二、Twyman-Green干涉仪379

(一)Twyman-Green干涉仪基本形式379

(二)外差Twyman-Green干涉仪380

(四)多通道准外差Twyman-Green干涉仪381

(三)准外差Twyman-Green干涉仪381

(五)基于空间相位调制的Twyman-Green干涉仪382

(六)多波长Twyman-Green干涉仪382

三、Mach-Zehnder干涉仪382

(一)Mach-Zehnder干涉仪基本形式382

(二)外差Mach-Zehnder干涉仪382

(三)准外差Mach-Zehnder干涉仪384

(四)多通道准外差Mach-Zehnder干涉仪384

(五)基于空间相位调制的Mach-Zehnder干涉仪387

(六)多波长Mach-Zehnder干涉仪387

(七)Mach-Zehnder干涉仪的有关问题387

四、剪切干涉计量条纹解释387

五、剪切干涉仪389

(一)平面波的剪切390

(二)球面波的剪切392

(四)准外差剪切干涉仪393

(五)多通道准外差剪切干涉仪393

(三)外差剪切干涉仪393

(六)基于空间调制的剪切干涉仪394

(七)多波长剪切干涉仪394

参考文献394

第三章 激光全息干涉测量396

一、全息术原理及光场的统计特性396

(一)全息术原理396

(二)光场的统计特性400

二、全息干涉的统计光学描述404

(一)二次曝光型全息干涉术405

(二)双脉冲全息干涉技术410

(三)双脉冲频闪全息干涉技术410

(四)被测表面消偏振效应对二次曝光全息干涉方法的影响413

三、时间平均全息干涉术413

(一)时间平均全息干涉测量技术413

(二)时间调制全息干涉计量技术414

四、实时全息干涉术417

(一)实时全息干涉技术417

(二)实时频闪全息干涉术418

(三)实时时均全息干涉技术419

五、外差与准外差全息干涉术419

(一)二次曝光型外差全息干涉技术420

(二)实时外差全息干涉技术423

(三)准外差全息干涉技术424

六、锁相全息技术427

(一)光学锁相技术427

(二)电子学锁相428

(三)锁相全息干涉术429

七、全息干涉条纹自动识别中的消散斑方法429

参考文献431

第四章 激光散斑测量432

一、散斑干涉测量技术432

(一)参考束型散斑干涉测量方法432

(二)双照明光束散斑干涉测量方法437

(三)剪切散斑干涉测量方法440

二、电子散斑干涉测量技术444

(一)电子散斑干涉仪的典型光路和测量原理444

(二)电子散斑干涉相减技术的统计分析445

(三)电子散斑干涉的时均测振方法447

(四)双波长照明电子散斑干涉术448

三、相干光散斑照相测量术449

(一)像面二次曝光激光散斑图的记录及其透过率自相关函数450

(二)二次曝光散斑图的逐点滤波451

(三)二次曝光散斑图的全场滤波454

(四)像面散斑照相的时均测振方法457

(五)焦面散斑照相做倾斜分析458

四、白光散斑照相测量术459

五、数字散斑照相测量术461

(一)数字散斑信号的相关函数461

(三)逐点滤波技术462

(二)数字全场滤波技术462

(四)限幅散斑相关技术464

六、散斑照相Young s条纹的自动识别465

(一)Young s条纹识别的一般问题465

(二)散斑照相Young s条纹的一维识别方法468

(三)Young s条纹的二维识别技术471

参考文献471

第五章 Moiré(莫尔)原理473

一、平面Moiré条纹技术474

(一)平面Moiré条纹用于面内变形测量475

(二)用双螺旋栅Moiré条纹调整准直光路476

一、Moiré偏折术478

(一)Moiré偏折术的原理479

(二)Talbot干涉仪的测量原理481

(三)位移Moiré偏折的测量原理482

(四)Moiré条纹的Fourier分析483

三、Moiré形貌测量原理485

(一)照射型Moiré形貌486

(二)投影型Moiré形貌489

四、相位Moiré形貌489

(一)照射型Moiré形貌的相移技术489

(二)投影型Moiré形貌中的相移技术490

五、镜面Moiré形貌492

(一)镜面Moiré形貌的光路配置492

(二)理论计算493

(三)几种镜面的Moiré形貌条纹495

(一)频域Moiré形貌496

六、虚拟Moiré形貌496

(二)空域虚拟Moiré形貌498

七、计算Moiré形貌501

参考文献503

第六章 Doppler原理505

一、Doppler频移505

(一)移动源的Doppler频移506

(二)相对论Doppler频移506

二、散射Doppler频移508

(一)静止参考系统下的散射Doppler频移509

(二)散射Doppler频移的几何推导509

(三)散射的能量守恒及动量守恒510

三、反射与衍射Doppler频移510

(一)反射Doppler频移511

(二)衍射Doppler频移511

四、直接光谱技术测量Doppler频移512

五、用参考光外差法测量Doppler频移513

(一)光学拍和拍频的探测513

(二)参考光外差法测量Doppler频移的光路设计514

(三)Doppler信号的展宽516

(四)参考光外差法测量Doppler频移的信噪比517

(六、双光束Doppler技术519

(一)双光束Doppler原理和特征519

(二)双光束Doppler技术的测量光路520

(三)双散射技术523

(四)信号及信噪比523

(五)精度分析525

七、相位Doppler技术526

参考文献528

第七章 光学相位共轭529

一、相位共轭波的定义及其性质529

(一)相位共轭波的定义529

(二)相位共轭波的性质530

二、三波混频产生相位共轭波531

(一)非共振型DFWM光学相位共轭533

三、四波混频产生相位共轭波533

(二)共振型DFWM光学相位共轭535

(三)近DFWM光学相位共轭537

(四)四波混频前向相位共轭539

四、四波混频相位共轭与实时全息540

五、光折变效应542

(一)Kukhtarev理论542

(二)光折变晶体中的双光束耦合544

(一)简并四波耦合方程组546

六、光折变晶体中简并四波混频产生相位共轭波546

(二)泵浦非抽空近似下透射光栅548

七、光学相位共轭技术实验549

八、光学相位共轭技术应用555

(一)自适应光学555

(二)相位共轭谐振腔(PCR)557

(三)双光子相干态的应用557

(四)实时空间相关和卷积557

(五)利用相位共轭干涉仪实现图像相减和“异-或”逻辑运算558

参考文献563

第八章 受激散射565

一、普通Raman散射与受激Raman散射565

二、受激Raman散射过程的电磁场处理567

三、受激Raman散射的多重谱线特性570

四、受激Raman散射的半唯象描述573

(一)受激电子Raman散射577

(二)受激自旋反转Raman散射577

五、受激电子Raman散射(SERS)和受激自旋反转Raman散射577

六、受激Raman散射的应用578

(一)利用受激Raman散射可获得可调谐的红外辐射源578

(二)利用反Stokes散射获得可调谐紫外辐射源580

(三)利用SRS可以获得分辨率很高的光谱580

(四)利用SRS进行时间分辨率很高的光谱线测量582

七、受激Brillouin散射582

八、受激Brillouin散射的经典处理584

(一)声波的运动方程584

(二)电磁波方程587

(三)受激Brillouin散射588

九、受激Brillouin散射的多级散射谱级591

十、受激光散射现象的一般考虑592

参考文献594

第九章 光纤传感测量原理595

一、光纤传感与器件596

(一)光波导的选择596

(二)光源与探测器的选择599

(三)相关元器件选择601

二、光纤传感技术603

(一)斩波器及锁相技术的应用604

(二)双波长比较法607

(三)频率检测技术608

(四)相位检测技术610

(五)偏振态检测技术613

三、光纤传感测量615

(一)温度测量与控制615

(二)火焰检测传感器618

(三)光纤位移传感器619

(四)光纤浓度传感器621

(五)多相流体参数测试仪622

(六)光纤干涉仪622

(七)光纤光栅传感器624

(八)阵列式和分布式光纤传感器系统625

参考文献627

一、多波长测量的原理631

第一章 激光多波长无导轨测量631

第三篇 激光测量631

(一)小数重合法632

(二)合成波633

(三)初测条件和逐级精化条件634

二、3.39μm多波长激光干涉仪的原理635

(一)双波长同时振荡条件635

(二)双波长单模等强运转条件636

(三)合成波长链637

(四)测量精确度639

三、多波长CO2激光干涉仪测量绝对距离639

(一)理想合成波序列639

(二)CO2分子激光器的振-转跃迁转征640

(三)CO2多波长绝对距离干涉仪原理方案642

四、连续波调频绝对距离测量645

(一)半导体激光线性调频绝对距离的干涉测量645

(二)正弦调制半导体激光干涉测长651

(三)半导体激光可调谐合成波干涉测长651

(四)超外差检测技术652

参考文献654

第二章 激光测量表面微观形貌655

一、光学探针656

(一)三角法探针656

(二)临界角法探针657

(三)像散法探针658

(四)Foueault聚焦探针和斜光束聚焦探针659

(五)共焦扫描探针659

(一)基于标量理论的方法660

二、散射法测量660

(二)基于矢量理论的方法661

三、相移和锁相干涉仪662

(一)相移干涉仪662

(二)锁相干涉仪663

四、干涉显微镜664

(一)Mirau和Linik干涉显微镜664

(二)Nomarski干涉显微镜及其改进665

(三)双焦干涉显微镜667

五、表面分析技术的新进展669

参考文献672

第三章 直径及几何形状误差的测量673

(二)多波长干涉测量巨大内径673

一、直径测量673

(一)激光测距仪(反射镜法)673

(三)光电对准-干涉测量法675

(四)激光扫描法测量直径675

(五)光学量规677

(六)激光球棒677

(七)间接方法678

二、圆度误差的测量678

(一)三点法圆度测量的基本定义679

(二)三点法测量圆度的基本方程679

(三)方程的求解680

三、圆柱度误差的测量681

(一)半径法681

(二)直角坐标测量法681

(三)误差分离技术的应用682

四、同轴度和直线度测量682

(一)激光准直测量技术683

(二)大气扰动及其克服方法686

参考文献688

第四章 激光位移测量689

一、位移测量干涉仪的基本光学单元689

(一)分光单元689

(二)反射器690

(三)调制器690

(四)补偿单元692

二、干涉仪的对比度693

(一)光源单色性和对比度693

(二)光源大小、形状、方位和对比度694

(三)分光比和漫射光对于对比度的影响695

(五)结构的影响696

(四)偏振态差异对于对比度的影响696

(二)第二代激光干涉仪697

三、干涉信号的光电检测697

(一)第一代激光干涉仪697

四、亚纳米零差检测干涉系统701

(一)零差检测基本原理701

(二)噪声分析702

五、亚纳米外差检测系统704

(一)原理704

(二)噪声分析705

(三)外差干涉的非线性漂移705

六、亚纳米自混频检测系统708

(一)原理708

(二)噪声分析709

七、亚纳米自适应检测系统710

(一)原理710

(二)噪声分析711

(三)各种方法已经达到的代表性指标712

参考文献713

第五章 激光测量微径、距离和厚度714

一、激光衍射法测量微径714

(一)微孔孔径的测量714

(二)微小直径的测量716

(一)激光相位测距719

二、激光测距719

(二)脉冲激光测距722

三、激光测厚725

(一)透明体厚度的测量725

(二)不透明物体厚度的测量726

参考文献727

第六章 激光定位和激光雷达728

一、激光大气传输728

(一)大气分层728

(二)大气成分730

(三)激光与大气的相互作用730

(四)大气湍流效应735

二、激光雷达基本组成737

(一)激光雷达发射系统737

(二)激光接收系统738

(三)激光定位系统740

(一)漫反射目标回波的激光雷达方程741

三、激光雷达方程741

(二)大气回波的激光雷达方程742

四、背景辐射743

(一)背景辐射的估算743

(二)背景辐射的抑制746

五、激光雷达目标特性747

(一)随机变量的统计描述748

(二)漫射目标产生的场的统计特性749

(三)简单混合目标产生的场749

(四)复杂混合目标的情况750

(五)散斑效应750

(七)天然目标的反射率751

(六)后向角反射器751

(一)若干光场的光电子概率分布p(u)752

六、激光雷达探测统计特性752

(二)雷达信号探测754

七、Doppler激光雷达759

(一)激光脉冲Doppler雷达759

(二)调频CW Doppler激光雷达761

八、激光雷达目标跟踪763

(一)四象限激光雷达跟踪763

(二)调制盘光雷达跟踪767

(三)成像跟踪771

九、激光雷达目标成像772

(一)调制传递函数(MTF)773

(二)激光成像雷达775

十、激光雷达系统实例777

参考文献782

第七章 激光测量角度和角速度783

一、小角度有靶镜测量783

二、小角度无靶镜测量785

三、滚转角的测量786

四、垂直度(直角)测量788

五、平行度测量789

六、双频激光大角度测量789

七、环形激光测量角度和角速度790

(一)Sagnac效应和角速度测量790

(二)环形激光器791

(三)环形激光精密测角792

(四)光纤陀螺793

(一)用旋转的小角度光楔作传感器795

八、动态转角测量795

(二)用全息光栅作传感器796

参考文献797

第八章 激光三维面形测量798

一、主动三维传感的基本原理799

(一)主动照明的三维传感方法799

(二)三种基本的结构照明方式800

二、采用单光束的三维传感801

(一)基本原理与计算公式801

(二)散斑对激光三角法精度的影响804

(三)鞋楦三维面形测量805

(四)基于激光同步扫描的三维面形测量807

(五)三维曲面激光双三角测量法812

三、采用激光光刀的三维传感814

(一)激光光刀的产生814

(二)发动机叶片三维面形测量816

(三)旋转体的360°面形测量820

四、位相测量剖面术821

(一)位相测量剖面术的原理821

(二)产生结构照明的方法826

参考文献833

(三)并底模式探测与分析833

(四)口腔全牙型三维面形测量836

五、Fourier变换剖面术842

(一)基本原理842

(二)FTP方法的测量范围843

(四)二种方法的实验比较845

(三)一种改进的方法845

六、其他激光三维面形测量方法847

(一)飞行时间法847

(二)基于衍射的距离测量技术849

参考文献851

第九章 激光CT与三维温度场的测量853

一、二维相位物体与轴对称相位物体的干涉CT855

(一)二维相位物体855

(二)轴对称相位物体的干涉CT856

二、三维相位物体的CT重构859

(一)三维相位物体的完全数据层析重构算法860

(二)三维相位物体的非完全数据重构算法864

(三)含激波结构的三维流场的CT重构869

三、三维相位物体多方向干涉数据的获取870

(一)旋转扫描法870

(二)漫射式多方向全息干涉法870

(三)衍射式多方向全息干涉法871

(四)多方向像面全息干涉法872

(五)多方向F-P干涉法872

(六)多方向Mciré偏折法873

(七)非对称相位物体层析精度与方向数选择874

四、三维温度场的干涉CT测试875

(一)具有完全数据的三维温度场的CT示例875

(二)对子七喷口超音速喷流的迭代重建878

(三)多方向像面全息干涉层析示例879

(四)多方向偏折层析示例880

一、微粒场同轴全息术理论885

第十章 微粒场的三维测量885

(一)同轴全息术记录光路的一般模型886

(二)同轴全息图的形成886

(三)同轴全息图的再现887

二、微粒场离轴全息术理论888

(一)离轴全息术记录光路的一般模型888

(二)离轴全息图的形成888

(三)离轴全息图的再现889

三、微粒场全息术的基本问题讨论890

(一)全息图的有限孔径效应及像差890

(二)全息记录介质的分辨率要求891

(三)全息图的条纹对比度892

(四)全息图的可记录景深892

(五)允许的最大位移895

四、微粒场同轴滤波全息术理论896

(一)同轴滤波全息图的形成897

(二)同轴滤波全息图的再现899

五、微粒场离轴滤波全息术理论899

(一)离轴滤波全息图的形成900

(二)离轴滤波全息图的再现900

六、微粒场滤波全息术的基本问题讨论901

(一)滤波全息术中记录介质的分辨率要求901

(二)滤波全息图的条纹对比度902

(三)滤波全息图的可记录景深903

(四)允许的最大位移904

(一)微粒场相移全息图的形成905

(五)滤波器参数选择905

七、微粒场相移全息术理论905

(二)微粒场相移全息图的再现906

八、微粒场相移全息术的基本问题讨论907

(一)相移全息术对记录介质的分辨率要求907

(二)相移全息图的条纹对比度907

(三)离轴相移全息图的可记录景深907

(四)允许的最大位移908

(五)相移全息图再现像的对比度908

九、微粒速度场的三维测量908

(一)速度场的双曝光全息术测量908

(二)双曝光全息术中的基本问题考虑909

(三)微粒速度的PIV和HPIV测量909

(一)微粒图像预处理910

(二)灰度阈值设置、二值化及相关处理910

十、微粒全息图的自动分析910

(三)判焦911

(四)微粒参数测量911

(五)微粒位移测量911

十一、PIV和HPIV图像的自动分析912

(一)成像分析技术912

(二)非成像分析技术912

(三)PIV和HPIV图像的光学自相关分析913

参考文献914

第十一章 激光流动显示及测量917

一、流场的定性显示方法918

(一)激光屏技术918

(二)基于流体物理性质的光学显示方法922

(一)全息干涉测量927

二、流场密度的定量测量927

(二)剪切干涉测量929

(三)散斑照相测量931

(四)Moiré条纹偏折测量932

(五)密度场的数值计算方法933

三、流场速度的测量936

(一)激光Doppler测速术936

(二)粒子图像测速术940

(三)Doppler全场测速术951

参考文献953

一、Faraday效应磁光传感器955

(一)原理955

第十二章 激光测量弱磁场955

(二)基本测量方法956

(三)环形激光弱磁传感器960

一、Kerr效应磁光传感器962

(一)原理962

(二)椭偏仪测量ψ？Δ962

三、光泵磁强计964

(一)基本原理964

(二)探头结构965

(一)超导量子干涉器件966

四、超导量子干涉器件法966

(二)直流SQUID测量磁场967

(三)小结967

参考文献968

第十三章 激光测量瞬变现象969

一、瞬变现象测量的基本问题970

(一)高速摄影信息论970

(二)时间分辨率бt972

(三)高速摄影的基本原理973

二、瞬变现象测量中的激光技术和激光器974

(一)序列脉冲产生技术975

(二)多腔激光器产生序列激光脉冲978

(三)高速摄影用激光器979

三、高速摄影记录系统981

(一)间歇式高速摄影系统982

(二)棱镜补偿式高速摄影系统984

(三)转镜式超高速摄影系统985

(四)变像管超高速摄影系统987

(五)高速视频记录系统988

四、激光分幅高速摄影990

(一)色散分幅激光高速摄影990

(二)序列激光脉冲分幅摄影991

(三)Cranz-Schardin分幅摄影993

五、激光高速可视化摄影994

(一)激光高速可视化摄影的基本系统994

(二)干涉图和阴影图的超快分幅记录系统998

六、高速全息记录1003

(一)机械偏转分幅的高速全息记录系统1004

(二)声光偏转分幅的高速全息记录系统1006

(三)电光偏转分幅的高速全息记录系统1007

(四)多腔激光器实现方位编码的高速全息记录系统1008

(五)光栅编码的高速全息记录系统1009

(六)高速全息干涉计量1010

七、激光极高速摄影1011

(一)激光Kerr盒快门极高速摄影1011

(二)激光全息相干快门极高速摄影1014

参考文献1016

一、 激光(时间)探针1018

(一) 激光探针超快时间分辨率测量1018

第十四章 激光(时间)探针和超短激光脉冲1018

(二) 激光探针超快时间分辨光谱学1019

二、 超短激光脉冲产生原理与技术1021

(一) 主动锁模原理与技术1022

(二)被动锁模原理与技术1026

(三)锁模激光脉冲1031

(四)超短激光脉冲传输特性1032

三、几种实用超短脉冲激光器1035

(一)CPM皮秒Nd:YAG激光器1036

(二)掺钛蓝宝石飞秒激光器1036

(三)光纤Raman放大孤子激光器1037

(四)多量子阱锁模半导体激光器1039

(五)锁模全固体二极管泵浦Cr:LiSAF激光器1040

(六)附加脉冲锁模钛宝石激光器1041

(七)可见光Pr:YLF固体锁模激光器1042

四、超短激光脉冲压缩放大技术1043

五、几种实用的超短激光脉冲放大压缩装置1047

(一)太瓦级Ti:Al2O3/Cr:LiSAf飞秒激光系统1047

(二)高重复率钛宝石再生飞秒激光啁啾脉冲放大装置1048

六、超短激光脉冲测量技术1049

(一)二次相关函数测量法1050

(二)条纹相机测量法1051

七、超快速扫描探针显微术1053

八、晶体中光学声子寿命的激光探针测量1054

九、激子分子的Bose凝聚验证研究1056

十、用飞秒激光控制化学反应1057

十一、电子的光致逸出超快速动力学1058

十二、激光探针研究光合作用的超快过程1059

十三、血红蛋白化合物的超快过程测量1060

十四、视觉过程的动力学研究1062

十五、超短激光用于DNA中的选择性生化反应1063

参考文献1064

附录一 国际单位制和单位换算1068

一、国际单位制1068

二、单位换算1073

附录二 激光防护和激光安全标准1078

一、制定安全标准的依据和要素1078

二、激光器安全性分类1082

三、最大允许曝光量1086

四、激光不安全区域1088

五、激光安全防护1090