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第1章 激光基本原理及典型器件 1

1.1 激光的基本原理 1

1.1.1 黑体辐射普朗克公式 1

1.1.2 光与物质的共振相互作用 2

1.1.3 粒子数反转与光放大 4

1.1.4 激光介质增益系数与增益曲线 5

1.1.5 光的自激振荡和振荡条件 5

1.1.6 光学谐振腔与激光模式选择 6

1.1.7 基模高斯光束及其特性 8

1.1.8 激光的基本特性 10

1.2 常用激光器 11

1.2.1 激光器的基本结构 11

1.2.2 固体激光器 12

1.2.3 气体激光器 14

1.2.4 半导体激光器 17

1.3 典型的激光器件 19

1.3.1 分光镜 19

1.3.2 偏振分光镜 19

1.3.3 波片 22

1.3.4 角锥棱镜 22

1.3.5 激光准直镜 23

1.3.6 光隔离器 24

1.3.7 衍射光栅 25

1.3.8 声光调制器 25

1.3.9 电光调制器 28

第2章 激光干涉测量技术与系统 35

2.1 激光干涉测量基本原理与系统组成 35

2.1.1 光波的叠加及干涉现象 35

2.1.2 激光干涉测量原理 39

2.1.3 激光干涉测量系统与典型仪器 43

2.2 激光干涉测量中的关键技术 46

2.2.1 激光稳频技术 46

2.2.2 双频激光生成技术 51

2.2.3 干涉信号相位测量技术 54

2.2.4 空气折射率测量技术 58

2.3 激光干涉仪的典型应用 59

2.3.1 作为独立测量仪器的典型应用 59

2.3.2 作为嵌入式测量部件的典型应用 61

2.4 激光干涉测量系统的测量误差 62

2.4.1 激光干涉仪内在的原理误差 62

2.4.2 环境因素相关测量误差 65

2.4.3 安装不当引入的测量误差 67

2.4.4 典型系统测量误差综合分析 69

2.5 新一代激光干涉测量面临的挑战与发展趋势 71

第3章 激光测距技术与系统 73

3.1 脉冲激光测距原理及关键技术 73

3.1.1 脉冲激光测距原理 73

3.1.2 关键技术分析 74

3.2 相位激光测距原理及关键技术 78

3.2.1 相位激光测距原理 78

3.2.2 多测尺相位激光测距方法 80

3.2.3 相位激光测距关键技术 81

3.3 多波长（合成波长）干涉测量 87

3.3.1 多波长干涉测量原理 87

3.3.2 多波长干涉测量关键技术 91

3.4 激光调频、扫频干涉测距原理及关键技术 95

3.4.1 调频干涉测量技术 95

3.4.2 三光束调频干涉测量技术 97

3.4.3 半导体正弦调频连续波测量技术 97

3.4.4 调频干涉测量关键技术 98

3.4.5 波长扫描干涉测量技术 99

3.5 基于飞秒激光频率梳的绝对距离测量方法 100

3.5.1 飞秒激光光源技术 100

3.5.2 频率梳齿间干涉相位测距法 102

3.5.3 脉冲飞行时间与互相关干涉联合测距法 104

3.5.4 双光学频率梳的飞行时间与互相关干涉条纹辨析测距法 106

3.5.5 频率梳光谱分辨干涉测距法 107

3.5.6 飞行时间法、多波长干涉与光谱分辨干涉法组合测量方法 108

3.5.7 参考光学频率梳的多波长干涉测距法 110

第4章 激光光栅测量技术与系统 112

4.1 黑白光栅测量原理及关键技术 112

4.1.1 光栅测量的基本原理和概念 112

4.1.2 莫尔条纹的几何光学原理 114

4.1.3 莫尔条纹的衍射原理 116

4.2 基于莫尔条纹的光栅光学系统 119

4.2.1 单光栅光学系统 120

4.2.2 双光栅光学系统 121

4.2.3 三光栅光学系统 123

4.3 基于衍射光栅干涉原理的位移测量技术 124

4.3.1 基于傅里叶光学的光栅衍射特性分析 125

4.3.2 光栅的多普勒频移 127

4.3.3 单衍射光栅位移测量技术 128

4.3.4 双平行光栅干涉式测量技术 133

4.3.5 两垂直光栅——迈克耳孙式光栅干涉测量技术 136

4.3.6 可增大垂向测量范围的光栅自准直技术 140

4.3.7 双频激光光栅干涉测量技术 141

4.3.8 多自由度测量技术 146

4.4 光栅测量系统的误差分析 149

4.4.1 光栅测量系统的光电转换与电学细分技术 149

4.4.2 光栅测量系统主要误差源 150

第5章 激光共焦测量技术与系统 153

5.1 激光共焦测量基本原理 153

5.1.1 菲涅耳衍射理论 153

5.1.2 薄透镜的三维点扩散函数 154

5.1.3 共焦显微三维成像技术 157

5.2 激光共焦测量中的关键技术 159

5.2.1 共焦显微测量扫描技术 159

5.2.2 共焦显微测量分辨力 161

5.3 共焦显微测量典型技术 161

5.3.1 轴向差动共焦显微测量技术 161

5.3.2 横向光瞳滤波共焦显微测量技术 165

第6章 激光自准直技术与系统 169

6.1 激光自准直基本原理 169

6.1.1 激光自准直理想模型 169

6.1.2 激光自准直通用模型 170

6.2 光束的漂移及抑制 172

6.2.1 光束质量的影响因素 173

6.2.2 光束漂移形式 176

6.2.3 光束漂移分离检测方法 177

6.3 典型自准直系统的分辨力影响因素 181

6.3.1 影响分辨力的因素 181

6.3.2 分辨力提高形式 182

参考文献 184