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第1章 绪论1

1.1激光技术概述1

1.1.1受激辐射与量子跃迁1

1.1.2激光器的组成2

1.1.3激光的基本特性5

1.1.4常用激光器件6

1.1.5激光主要评价参数9

1.1.6激光锁模技术10

1.1.7激光倍频技术11

1.2光导纤维概述12

1.2.1光纤结构13

1.2.2光纤分类14

1.2.3偏振保持光纤14

1.3激光测量技术14

1.3.1测量技术14

1.3.2激光测量技术的内涵15

1.3.3测量学主要名词术语15

1.4误差与测量不确定度16

1.4.1测量误差16

1.4.2测量不确定度17

参考文献19

第2章 激光测距技术20

2.1激光测距原理20

2.1.1脉冲式激光测距20

2.1.2相位式激光测距21

2.1.3干涉法激光测距22

2.1.4三种测距方法性能比较23

2.2激光测距机的组成及关键技术23

2.2.1激光发射技术24

2.2.2激光回波接收技术24

2.2.3信息处理技术24

2.3激光测距机的校准25

2.3.1最大测程校准25

2.3.2最小测程校准29

2.3.3测距精度校准29

2.3.4基于时间延时测距能力和测距精度校准30

2.3.5光学模拟法测距能力与测距精度校准31

2.4激光三维空间坐标测量技术32

2.4.1激光雷达测量仪32

2.4.2激光雷达测量仪校准方法33

2.5激光高度计35

2.5.1激光高度计概述35

2.5.2激光高度计的工作原理36

2.5.3激光高度计的结构特点38

2.6基于飞秒激光频率梳的绝对测距技术39

2.6.1飞秒光梳的原理39

2.6.2光谱干涉法测距41

2.6.3频域干涉法测距42

2.7异步应答激光测距技术44

2.7.1异步应答激光测距原理44

2.7.2异步应答测距公式45

2.8单向激光测距技术45

2.8.1单向激光测距基本概念45

2.8.2单向激光测距原理46

2.8.3空间飞行器测量端光子接收能力46

2.8.4单向激光测距技术的实际应用46

2.9光子计数激光测距48

2.9.1微脉冲测距方程48

2.9.2微脉冲测距系统构成和工作过程49

2.9.3微脉冲激光测距技术的应用50

2.9.4基于光子数比较的激光测距法51

参考文献53

第3章 激光多普勒测量技术54

3.1激光多普勒测量的物理基础54

3.1.1多普勒效应54

3.1.2激光多普勒效应54

3.1.3光外差技术55

3.2激光多普勒测速技术55

3.2.1激光多普勒测速的光路模式55

3.2.2参考光模式激光固体多普勒测速原理57

3.2.3差动型激光多普勒固体测速的基本原理58

3.2.4激光多普勒液体流速测量59

3.2.5基于激光回馈效应的多普勒测速60

3.2.6多普勒测风激光雷达及其校准62

3.2.7双光束后向散射差动激光多普勒测速仪64

3.2.8激光多普勒测速仪的标定65

3.3激光多普勒测振技术68

3.3.1多普勒测振原理68

3.3.2激光多普勒振动仪69

3.3.3差动多普勒测振技术69

3.3.4激光扭振测量技术70

3.3.5纯扭振和纯弯曲振动的激光多普勒测量71

3.3.6激光多普勒颤振的测量72

3.3.7全光纤激光多普勒测振仪73

3.4激光测振技术在声学测量中的应用74

3.4.1激光测振技术用于声换能器近场全息测量74

3.4.2激光测振技术用于校准水听器灵敏度75

3.4.3激光声纳76

3.5激光测振仪校准78

3.5.1振动校准法79

3.5.2冲击校准法79

3.5.3调频信号校准法80

3.5.4光频调制法校准激光测振仪81

3.6多普勒和偏振干涉相结合的微位移测量83

3.6.1基于多普勒效应和偏振干涉的微位移测量原理83

3.6.2测量装置及环境要求84

3.7激光多普勒扭矩测量技术85

3.7.1激光多普勒扭矩测量基本原理85

3.7.2激光多普勒扭矩测量装置87

3.8爆炸冲击的激光多普勒远距离测量87

3.8.1激光多普勒位移测量原理88

3.8.2激光多普勒爆炸冲击测量系统的组成89

参考文献89

第4章 激光干涉法几何量测量技术91

4.1激光干涉测量几何量的原理91

4.1.1用于长度测量的迈克尔逊干涉仪91

4.1.2双频激光外差干涉法92

4.1.3带有补偿的单频激光干涉仪93

4.1.4基于塞曼效应的双频激光干涉仪94

4.1.5基于声光频移的双频激光干涉仪94

4.1.6激光干涉仪的细分技术95

4.1.7基于迈克尔逊干涉仪的角度测量97

4.2激光干涉仪测长精度的校准100

4.2.1激光测长的误差源100

4.2.2测长精度的双光路校准方法101

4.2.3测长精度单光路校准方法101

4.3基于激光干涉仪的速度测量102

4.3.1激光干涉测速原理102

4.3.2流速校准车速度校准103

参考文献103

第5章 激光干涉法光学元件面形测量技术104

5.1光的干涉基础104

5.1.1光的波动性104

5.1.2波动方程中各特征量的意义104

5.1.3干涉条纹强度分布106

5.1.4干涉条件及其测量保证107

5.1.5评价波面的质量指标108

5.2光学元件面形测量109

5.2.1光学元件面形测量装置的组成109

5.2.2移相干涉测量原理110

5.2.3光学元件面形测量方法111

5.2.4数字激光干涉仪的计量检定113

5.3光纤点衍射干涉法光学元件面形测量116

5.3.1光纤点衍射干涉仪的基本原理116

5.3.2双光纤相移点衍射干涉仪的基本原理118

5.4用于光学元件面形测量的典型激光干涉仪119

5.4.1用于激光晶体棒测量的激光干涉仪119

5.4.2大口径平面干涉仪120

5.4.3移相斐索式红外干涉仪120

5.4.4大口径球面干涉仪122

参考文献123

第6章 激光测径与激光衍射测量技术124

6.1扫描激光测径技术124

6.1.1扫描激光测径仪的工作原理124

6.1.2激光扫描测径系统的组成125

6.2二维扫描激光测径技术126

6.2.1二维激光扫描测量的原理126

6.2.2二维扫描测径系统的组成127

6.2.3采用标准棒法提高稳定性128

6.3激光衍射基本概念128

6.3.1光的衍射现象128

6.3.2衍射的主要类型130

6.4激光衍射法细小测径技术130

6.4.1激光衍射法测径基本原理130

6.4.2激光衍射法测径系统组成132

6.4.3测径系统标定132

6.5激光衍射法微内径测量133

6.5.1激光衍射法微内径测量原理133

6.5.2激光衍射法微内径测量装置135

6.6激光衍射法颗粒度测量技术135

6.6.1激光衍射法颗粒度测量的理论基础135

6.6.2激光衍射散射式测粒仪的构造137

6.7激光衍射法板材厚度测量技术137

6.7.1激光衍射法板材厚度测量原理137

6.7.2激光衍射法板材厚度测量装置141

6.8激光衍射法表面张力和表面压测量142

6.8.1基于激光衍射原理的表面张力测量装置142

6.8.2基于激光衍射原理的表面张力测量理论分析143

参考文献144

第7章 激光位移传感器145

7.1激光位移传感器工作原理145

7.1.1直射式三角法测量原理145

7.1.2斜射式三角法测量原理146

7.1.3两种三角位移传感器特性的比较146

7.2激光位移传感器的构成147

7.2.1 CCD激光位移传感器147

7.2.2对称式激光位移传感器148

7.3激光位移传感器的标定150

7.3.1激光位移传感器标定原理151

7.3.2激光位移传感器标定系统的组成151

7.3.3标定系统的阿贝误差152

7.4激光位移传感器的应用152

7.4.1激光位移传感器用于物体表面形状测量152

7.4.2激光位移传感器用于角度测量153

7.4.3激光位移传感器用于输送带垂度测量155

7.4.4激光位移传感器用于内锥形貌测量155

7.4.5激光位移传感器用于工件曲率测量157

参考文献158

第8章 激光散射测量技术159

8.1目标的散射特性概述159

8.1.1面散射特性159

8.1.2体散射特性160

8.1.3散射特性的表述160

8.1.4散射的分类162

8.2激光散射式能见度测量163

8.2.1透射式能见度仪163

8.2.2散射式能见度仪164

8.3激光散射式烟雾浓度测量170

8.3.1激光散射法烟雾浓度测量原理170

8.3.2激光散射法烟雾浓度测量仪的构成170

8.3.3激光散射法烟雾浓度测量仪的标定172

8.4激光散射法表面粗糙度测量173

8.4.1散射光强一维分布的粗糙度测量方法173

8.4.2散射光强二维分布的粗糙度测量方法176

8.5激光散射式颗粒度测量177

8.5.1激光散射式颗粒度测量原理177

8.5.2激光散射式颗粒度测量装置178

8.5.3粒度分布求解算法179

8.6瑞利散射海水温度及大气密度测量180

8.6.1相干瑞利散射海水水下温度测量180

8.6.2紫外激光瑞利散射大气密度测量181

8.7激光散射法液体表面张力测量183

8.7.1液体表面的毛细波183

8.7.2固定频率测量波长的方法184

8.7.3固定波长测量频率的方法184

8.8基于激光散射的干涉法水下信号探测186

8.8.1激光干涉法水下信号探测原理186

8.8.2基于激光散射的干涉法水下信号探测装置188

8.9激光布里渊散射水下目标探测188

8.9.1激光布里渊散射水下目标探测原理189

8.9.2激光布里渊散射目标探测方法189

8.9.3激光布里渊散射法盐度及温度不同海水中的声速测量193

参考文献194

第9章 激光共焦测量技术195

9.1激光共焦法测量原理195

9.1.1共焦三维测量的理论基础195

9.1.2激光共焦测量原理196

9.1.3激光差动共焦法测量原理197

9.2激光共焦测量技术用于光学元件参数测量198

9.2.1激光共焦法曲率半径测量198

9.2.2差动共焦法曲率半径测量200

9.2.3光栅尺测长式激光差动共焦曲率半径测量202

9.2.4激光差动共焦法透镜中心厚度测量204

9.3非扫描共焦测量技术208

9.3.1并行共焦三维测量的基本理论208

9.3.2并行共焦测量系统210

9.3.3并行像散共焦微结构形貌检测212

9.4激光共焦扫描显微镜215

9.4.1激光共焦显微镜概述215

9.4.2激光共焦扫描显微镜的成像原理215

9.4.3激光共焦扫描显微镜的关键技术218

9.4.4激光干涉扫描共焦显微镜219

9.4.5激光扫描共焦显微镜的应用221

参考文献221

第10章 激光干涉型光纤传感器223

10.1光纤激光干涉仪223

10.1.1光纤迈克尔逊干涉仪223

10.1.2光纤马赫-曾德尔干涉仪223

10.1.3相位调制与解调技术224

10.2光纤弱磁场传感器224

10.2.1光纤磁场传感器的分类224

10.2.2磁致伸缩光纤弱磁场传感系统225

10.3激光干涉型光纤电场传感器227

10.3.1电致伸缩干涉型光纤弱电场传感器228

10.3.2压电干涉型光纤电场传感器229

10.3.3基于反压电效应反射式全光纤电压传感器231

10.4激光干涉型光纤水听器234

10.4.1激光干涉型光纤水听器基本原理234

10.4.2激光干涉型光纤水听器相位产生载波检测235

10.4.3光电检测系统的输出信号236

10.5法布里-珀罗干涉型光纤压力传感器236

10.5.1光纤法布里-珀罗干涉型光纤压力传感器原理236

10.5.2光纤法布里-珀罗干涉型光纤压力传感器的构成238

10.6光纤干涉型温度传感器238

10.6.1干涉型光纤温度传感器的基本原理238

10.6.2马赫-曾德尔干涉型光纤温度传感器239

10.6.3法布里-珀罗干涉型光纤温度传感器241

10.6.4嵌入式干涉型光纤温度传感器242

10.7干涉型光纤应变传感器243

10.7.1干涉型光纤应变传感器的基本原理243

10.7.2迈克尔逊干涉型光纤应变传感器244

10.7.3马赫-曾德尔干涉型光纤应变传感器245

10.7.4萨格奈克干涉型光纤应变传感器245

10.7.5法布里-珀罗干涉型光纤应变传感器246

10.7.6偏振态调制干涉型光纤应变传感器247

参考文献248

第11章 激光偏振测量技术249

11.1激光的偏振特性概述249

11.1.1偏振光学主要名词术语及定义249

11.1.2偏振特性的描述249

11.1.3正交偏振激光251

11.2正交偏振激光角度测量251

11.2.1基于光强差的检测251

11.2.2基于相位差的检测253

11.2.3基于频率差的检测256

11.3偏振-米散射激光雷达用于云层探测258

11.3.1偏振-米散射激光雷达探测原理258

11.3.2偏振-米散射激光雷达结构和技术参数259

11.4激光偏振测量技术的其他应用260

11.4.1激光偏振干涉位移测量260

11.4.2激光偏振干涉技术测量磷酸二氢钾（KDP）晶体柱面生长速率262

11.4.3激光偏振干涉技术用于硬度测量262

11.5偏振器件相位延迟测量264

11.5.1利用λ/4波片法测量任意波片的相位延迟264

11.5.2 λ/4波片相位延迟量测量266

11.5.3多功能波片测量装置268

参考文献271

第12章 激光全息测量技术272

12.1激光全息技术272

12.1.1全息技术的产生272

12.1.2全息的基本过程272

12.1.3全息的实现273

12.1.4全息图的特点273

12.1.5数字全息术及其应用274

12.2实时数字全息测量温度场274

12.2.1数字全息干涉温度场测量原理274

12.2.2数字全息干涉温度场测量装置275

12.3激光数字全息颗粒场分布测量276

12.3.1数字全息测量颗粒场理论基础276

12.3.2颗粒直径计算277

12.3.3激光数字全息颗粒场测量装置278

12.4激光数字全息两相流三维空间速度测量279

12.4.1两相流三维空间速度测量的光学原理279

12.4.2速度测量原理280

12.4.3两相流速度场测量装置281

12.5数字全息微光学元件检测281

12.5.1微光学元件折射率分布与面形测量282

12.5.2基于数字全息显微断层成像的光纤折射率测量283

12.5.3数字全息显微成像微光学元件三维面形检测285

12.6数字全息表面粗糙度检测287

12.6.1数字全息表面粗糙度检测原理287

12.6.2数字全息表面粗糙度测量装288

参考文献289

第13章 激光功率能量测量技术290

13.1激光参数计量基准290

13.1.1激光功率基准290

13.1.2激光能量基准296

13.2激光参数计量标准298

13.2.1激光功率计量标准298

13.2.2激光能量计量标准302

13.2.3脉冲激光峰值功率计量标准307

13.3激光功率和能量测量310

13.3.1光电型激光功率能量计311

13.3.2热释电型激光功率能量计311

13.3.3光辐射计型激光功率能量计311

13.3.4体吸收型激光功率能量计312

13.3.5量热计型激光功率能量计313

13.3.6流水式激光功率能量计314

13.4高能激光功率与能量测量314

13.4.1烧蚀称量法314

13.4.2相对式测量法315

13.4.3绝对式测量法316

13.4.4高能激光能量计校准317

13.5激光损伤阈值测量318

13.5.1激光损伤阈值的基本概念318

13.5.2损伤阈值基本测量方法318

13.5.3几种典型测量装置319

参考文献321

第14章 激光空域和时域等参数测量技术322

14.1激光空域特性测量技术322

14.1.1光束直径与发散角测量322

14.1.2传播因子的测量325

14.1.3高能激光空域特性测量325

14.1.4高能激光空域特性典型测量装置328

14.1.5激光空域参数测量的溯源与标定336

14.2激光时域特性参数测量337

14.2.1直接测量法337

14.2.2脉冲激光重复率测量338

14.2.3纳秒、皮秒量级激光时域特性测量338

14.2.4飞秒脉冲测量技术345

14.2.5超短激光脉冲测量的标定357

14.3激光波长测量363

14.3.1迈克尔逊干涉型波长测量363

14.3.2利用斐索干涉测量激光波长364

14.3.3利用法布里-珀罗干涉仪测量激光波长365

14.3.4基于虚合成波长原理的激光频率（波长）测量方法366

14.4激光的偏振特性测量367

14.4.1基于斯托克斯参量测量的一般方法367

14.4.2分光棱镜型分振幅光度式偏振测量369

14.4.3光栅分振幅光偏振测量370

14.4.4基于液晶的激光偏振测量372

14.5激光频率测量373

14.5.1基于谐波光频链的激光频率的绝对测量373

14.5.2基于光频间隔内分频率链的光频绝对测量方法374

14.5.3基于光学频率梳的光频直接绝对测量方法374

参考文献377