剪切干涉術(shù)及其進展

序 前言 第1章 剪切干涉術(shù)概述 1 1.1 剪切干涉術(shù)的產(chǎn)生 1 1.2 剪切干涉術(shù)的發(fā)展簡史 2 1.3 剪切干涉儀的特點 4 1.4 剪切干涉儀的應(yīng)用概況 6 參考文獻 7 第2章 光干涉的基本理論與技術(shù) 9 2.1 光的波動性及其數(shù)學(xué)描述 9 2.2 波動方程中特征量的基本概念與意義 11 2.2.1 波長、周期與頻率 11 2.2.2 波速與光程 11 2.2.3 相位差與光程差 11 2.2.4 振幅與光強度 13 2.2.5 光強度與光程差 13 2.2.6 球面波與平面波 14 2.3 光的干涉現(xiàn)象與相干條件 15 2.3.1 光的干涉現(xiàn)象 15 2.3.2 相干條件 16 2.4 光干涉的普遍規(guī)律 17 2.4.1 光強分布公式的討論 17 2.4.2 干涉圖樣的對比度 20 2.5 干涉條紋寬度與形狀 20 2.5.1 條紋的線寬度與角寬度 20 2.5.2 干涉條紋的形狀 22 2.5.3 干涉條紋的觀測 24 2.6 分光方法與分光元件 25 2.6.1 三種分光方法 25 2.6.2 振幅分光法的膜層分配及其對對比度的影響 26 2.6.3 光柵分光元件 26 2.6.4 平行平板分光元件 27 2.6.5 立方棱鏡分光鏡 28 2.6.6 偏光分光鏡 29 2.7 平板干涉及其重要性 30 2.7.1 平板干涉及其特點 30 2.7.2 平板干涉中光程差計算與討論 32 2.7.3 平板的等厚干涉與等傾干涉 35 2.8 白光干涉 38 2.8.1 白光干涉現(xiàn)象及彩色干涉條紋圖譜 38 2.8.2 白光干涉中的兩個重要問題 39 2.9 剪切干涉的初步知識 41 2.9.1 引言 4 2.9.2 橫向剪切干涉儀的基本原理與基本概念 41 2.9.3 波面剪切、傾角及條紋取向 44 2.10 剪切干涉儀中的白光光源與激光光源 45 參考文獻 46 第3章 波前橫向剪切干涉儀 47 3.1 引言 47 3.2 波前剪切干涉儀的主要類型與特點 47 3.2.1 波前橫向剪切干涉儀 48 3.2.2 波前徑向剪切干涉儀 48 3.2.3 波前旋轉(zhuǎn)剪切干涉儀 51 3.2.4 波前翻轉(zhuǎn)剪切干涉儀 53 3.2.5 不同類型干涉儀的圖示說明 53 3.3 橫向剪切干涉儀的基本原理 55 3.3.1 結(jié)構(gòu)形式與干涉原理 56 3.3.2 波像差與干涉條紋的關(guān)系 57 3.3.3 幾種像差的干涉圖形表達式 58 3.3.4 關(guān)于色差的若干考慮 64 3.3.5 條紋形狀與鏡面缺陷 65 3.4 由橫向剪切干涉條紋求解未知波面形狀 67 3.4.1 引言 67 3.4.2 一維聯(lián)立解析法 68 3.4.3 二維聯(lián)立解析法 73 3.4.4 作圖解析法 77 3.5 剪切量、參考點與靈敏度 80 3.5.1 用經(jīng)驗公式選取剪切量 80 3.5.2 參考點的選取方法 82 3.5.3 靈敏度與剪切量的關(guān)系 84 3.6 影響剪切干涉圖形對比度的因素 86 3.6.1 對比度的兩種不同含義及其影響對比度降低的因素 86 3.6.2 光源的非單色性 87 3.6.3 光強不等及其雜散光的存在 89 3.6.4 光源容許尺寸與對比度及剪切量的關(guān)系 92 3.6.5 偏振等其他因素的影響以及各種因素影響的綜合 96 參考文獻 97 第4章 棱鏡式橫向剪切干涉儀 99 4.1 剪切干涉儀的產(chǎn)生 99 4.1.1 基于馬赫-曾德爾干涉儀的剪切干涉儀原理 99 4.1.2 基于邁克耳孫干涉儀的剪切干涉儀原理 101 4.2 棱鏡剪切干涉儀的幾種形式 102 4.2.1 梯形棱鏡型 102 4.2.2 錐角棱鏡扭轉(zhuǎn)型 104 4.2.3 錐角棱鏡固定型 105 4.2.4 立方棱鏡固定型 105 4.2.5 兩種立方棱鏡扭轉(zhuǎn)型 106 4.2.6 立方棱鏡組合型 108 4.2.7 商用可變剪切型 109 4.2.8 棱鏡剪切干涉儀簡要小結(jié) 110 4.3 棱鏡固有像差的消除 111 4.3.1 問題的提出 111 4.3.2 輔助透鏡的選用 111 4.4 棱鏡剪切干涉儀的結(jié)構(gòu)與使用 112 4.4.1 引言112 4.4.2 儀器系統(tǒng)的描述 112 4.4.3 儀器結(jié)構(gòu) 113 4.4.4 儀器使用 115 4.4.5 剪切棱鏡的調(diào)整原理與方式 116 4.5 剪切干涉條紋判讀與解析 119 4.5.1 像差的干涉圖樣 119 4.5.2 聯(lián)立解析法求未知波面舉例 121 4.5.3 聯(lián)立解析法誤差分析 125 4.6 一些具體問題及措施 127 4.6.1 縫寬計算與制作狹縫的簡易方法 128 4.6.2 棱鏡剪切干涉儀制作中的兩個問題 129 4.6.3 未能出現(xiàn)干涉條紋的原因分析 130 4.6.4 剪切干涉圖樣的拍攝方法 130 參考文獻 131 第5章 平板式橫向剪切干涉儀 133 5.1 引言 133 5.2 單平板剪切干涉儀 134 5.2.1 單平板剪切干涉儀原理 134 5.2.2 單平板剪切干涉中的幾個基本關(guān)系式 136 5.2.3 對平板兩面平行度的要求 139 5.2.4 對平板面形局部誤差的要求 140 5.2.5 平板兩反射面反射率的匹配 143 5.2.6 用降低平板平行度要求的轉(zhuǎn)向法測波面曲率半徑 144 5.2.7 用楔形平板直接檢測激光波面 146 5.2.8 檢測大口徑激光束準(zhǔn)直性的大口徑單平板剪切干涉儀 148 5.3 雙平板剪切干涉儀 150 5.3.1 雙平板剪切干涉儀的產(chǎn)生 150 5.3.2 雙平板剪切干涉儀的原理 151 5.3.3 雙平板剪切干涉儀的實例 152 5.4 三平板環(huán)路剪切干涉儀 153 5.4.1 三平板環(huán)路剪切干涉儀原理 153 5.4.2 實現(xiàn)可變橫向剪切的幾種方式舉例 155 5.4.3 三平板環(huán)路剪切干涉儀的幾何尺寸設(shè)計 157 5.4.4 干涉儀調(diào)整與饋光控制 159 5.4.5 環(huán)路中有光學(xué)系統(tǒng)的徑向剪切 161 5.4.6 干涉儀誤差及其測量精度 162 5.5 四平板橫向剪切干涉儀 164 5.6 橫向旋轉(zhuǎn)剪切與橫向平行剪切的數(shù)理關(guān)系165 5.6.1 橫向旋轉(zhuǎn)剪切的參量關(guān)系 165 5.6.2 球面波橫向旋轉(zhuǎn)剪切的幾個關(guān)系式 166 5.6.3 橫向旋轉(zhuǎn)剪切與橫向平行剪切的關(guān)系 167 參考文獻 167 第6章 光柵式橫向剪切干涉儀 169 6.1 引言 169 6.2 光柵檢驗法概況 170 6.3 朗奇檢驗原理 171 6.3.1 朗奇檢驗的初期認(rèn)識 171 6.3.2 朗奇檢驗幾何光學(xué)原理 172 6.3.3 朗奇檢驗物理光學(xué)原理 174 6.3.4 朗奇檢驗幾何光學(xué)原理與物理光學(xué)原理的關(guān)系 174 6.4 朗奇光柵橫向剪切干涉儀 176 6.4.1 光柵剪切干涉儀原理及其條紋基本方程 176 6.4.2 朗奇圖形定量檢驗公式 178 6.4.3 朗奇圖形定量檢驗公式使用說明 188 6.5 非球面的朗奇檢驗 193 6.5.1 朗奇檢驗用于非球面 193 6.5.2 零位朗奇檢驗 195 6.6 朗奇檢驗中的兩個問題 197 6.6.1 朗奇光柵頻率的考慮 197 6.6.2 表面面形與朗奇圖形的關(guān)系 199 參考文獻 200 第7章 剪切干涉儀的基礎(chǔ)應(yīng)用 202 7.1 概述 202 7.1.1 干涉術(shù)在光學(xué)測試中的重要性 202 7.1.2 選取光學(xué)檢驗方式的原則 203 7.1.3 剪切干涉儀的應(yīng)用范圍 204 7.2 光學(xué)材料均勻性檢驗 205 7.2.1 引言 205 7.2.2 成品與半成品材料檢驗 206 7.2.3 激光材料的檢驗 208 7.3 光學(xué)元件檢驗與測量 209 7.3.1 引言 209 7.3.2 大口徑凹球面反射鏡的檢驗 210 7.3.3 大口徑平面鏡的檢驗 213 7.3.4 平板平行度及棱鏡角的測量 216 7.4 光學(xué)系統(tǒng)裝枝、準(zhǔn)直與檢驗 218 7.4.1 在光學(xué)裝校中的應(yīng)用 218 7.4.2 準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的檢驗 220 7.4.3 光學(xué)系統(tǒng)的波差檢驗 222 7.5 在非球面檢驗中的應(yīng)用 224 7.5.1 引言 224 7.5.2 非球面基本方程及必要的參數(shù) 225 7.5.3 非球面的輔助檢驗與補償檢驗 228 7.5.4 非球面鏡的直接檢驗 234 7.5.5 應(yīng)用兩種檢驗方法的實例 241 7.6 光學(xué)傳遞函數(shù)的自相關(guān)測量 245 7.6.1 引言 245 7.6.2 自相關(guān)法測量光學(xué)傳遞函數(shù)的基本原理 246 7.6.3 幾臺早期測量光學(xué)傳遞函數(shù)的剪切干涉儀簡介 247 7.6.4 單平板剪切干涉儀測量調(diào)制傳遞函數(shù) 250 7.6.5 用三平板環(huán)路剪切干涉儀快速測試傳遞函數(shù) 250 7.6.6 用光柵剪切干涉儀測量光學(xué)傳遞函數(shù) 252 7.6.7 用固定剪切量的剪切干涉儀測量光學(xué)傳遞函數(shù) 255 7.7 在激光參量測試中的特殊用途 258 7.7.1 檢測激光束的特殊性 258 7.7.2 激光束波面曲率半徑測量 259 7.7.3 激光束波面像差的測量 260 7.7.4 相干長度的確定 262 7.8 在信息處理及全息術(shù)中的應(yīng)用 263 7.8.1 攝影圖像實時光學(xué)相減 263 7.8.2 計算機產(chǎn)生全息圖再現(xiàn)波面的評價 268 7.8.3 傅里葉變換物鏡波像差的檢驗 271 7.9 在氣體動力學(xué)研究中的應(yīng)用 274 7.9.1 引言 274 7.9.2 從馬赫-曾德爾干涉儀到剪切干涉儀 274 7.9.3 剪切干涉圖形的一種分析方法 276 7.10 在其他方面的應(yīng)用 279 7.10.1 引言 279 7.10.2 激光核聚變玻璃靶球的評價 279 7.10.3 全息凹面光柵的檢驗 281 7.10.4 用剪切干涉條紋檢查人眼視功能 282 7.10.5 眼鏡屈光度與質(zhì)量檢查 284 參考文獻 286 第8章 剪切干涉術(shù)在其他學(xué)科的擴展 288 8.1 引言 288 8.2 顯微剪切干涉術(shù) 289 8.3 全息剪切干涉術(shù) 290 8.3.1 全息圖作為干涉元件的全息剪切干涉儀 291 8.3.2 全息光柵剪切干涉儀 292 8.4 散斑剪切干涉術(shù) 294 8.5 日紅外剪切干涉儀 296 8.6 聲光剪切干涉術(shù) 297 參考文獻 300 第9章 移相剪切干涉術(shù) 301 9.1 引言 301 9.2 移相剪切干涉數(shù)理分析 301 9.3 幾種移相剪切干