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目录1

译者序1

前言1

第1章 引言1

1.1 回顾1

参考文献7

第2章　定位、定向和测量大小的仪器9

2.1 准直9

2.2　定位与跟踪12

2.2.1　象限光电二极管12

2.2.2　位置识别探测器15

2.2.3　光栅位置传感器17

2.3　激光水准仪19

2.4　线径测量传感器21

2.5　颗粒尺寸的测量23

参考文献29

第3章　激光测距仪30

3.1 三角测量31

3.2　光行经时间式测距仪33

3.2.1　功率的预算33

3.2.2　系统等式35

3.2.3　脉冲式测距仪的精度38

3.2.3.1　时域信号的最佳滤波42

3.2.4　正弦波式测距仪的精度45

3.2.5　不定性问题46

3.2.6　固有的精度和标定48

3.2.7　发射和接收光48

3.3　测距仪的改进型仪器50

3.3.1　脉冲式测距仪50

3.3.1.1　基本脉冲发生器的改进52

3.3.1.2　慢脉冲式脉冲测距仪53

3.3.2　正弦波式测距仪56

3.4　成像测距仪60

3.5　脉冲激光雷达61

参考文献66

第4章　激光干涉测量68

4.1　干涉测量应用概述69

4.2　激光干涉仪71

4.2.1　双光束激光干涉仪71

4.2.2　双频激光干涉仪77

4.2.2.1　纳米级位移测量80

4.2.3　激光干涉测量82

4.2.3.1 多维测量82

4.2.3.2　平面度测量83

4.2.3.3　垂直度测量83

4.2.3.4　漫反射目标的测量84

4.3　性能参数85

4.4　性能极限87

4.4.1　量子噪声极限87

4.4.2　时间相干性88

4.4.3　空间相干与偏振状态90

4.4.4　介质的色散90

4.4.5　热相位误差91

4.4.6　布朗运动91

4.4.7　散斑相关误差91

4.5　干涉仪的输出（结构）形式93

4.5.1 内结构式93

4.5.2　回射式结构96

4.5.2.1　弱反馈状态下的回射分析97

4.5.2.2　回射式干涉仪的带宽和噪声98

4.5.2.3　He-Ne回射式干涉仪100

4.5.2.4 中等水平的回射分析102

4.5.2.5　三反射镜方式分析103

4.5.2.6　Lang-Kobayashi等式分析105

4.5.2.7 半导体激光回射式干涉仪107

4.6　激光测振仪109

4.6.1　短距离测振仪110

4.6.1.1　高频条纹跟踪112

4.6.2 中距离测振仪113

4.6.2.1　条纹稳定型回射式测振仪113

4.6.2.2　一种普通的回射式测振仪116

4.6.3　远距离测振仪117

4.7 回射式干涉仪的其他应用123

4.7.1　绝对距离测量123

4.7.2　角度测量125

4.7.3　弱反射检测126

4.8　白光干涉仪130

4.8.1　轮廓测量的应用132

参考文献134

第5章　散斑仪137

5.1　散斑特性138

5.1.1　概述138

5.1.2　统计分析141

5.1.3　允许的散斑尺寸145

5.1.4　散斑统计特性的联合分布145

5.1.5　散斑相位误差149

5.1.6 目标移动产生的散斑误差150

5.1.9　探测器的尺寸所引起的相位误差和散斑误差151

5.1.7　光束移动引起的散斑误差151

5.1.8　变焦镜头引起的散斑误差151

5.2　单点干涉仪中的散斑152

5.2.1　振动测量中的散斑152

5.2.2　位移测量中的散斑153

5.2.3　散斑相位误差校正问题159

5.3　电子散斑干涉仪162

参考文献168

第6章　激光多普勒测速仪170

6.1　工作原理170

6.1.1　测速仪就是干涉仪172

6.2.2　多普勒频率的准确度174

6.2　性能参数174

6.2.1　相对误差衡量因子174

6.2.3　敏感区的尺寸175

6.2.4　序列和位置误差176

6.2.5　光子探测器的位置178

6.2.6　方向识别179

6.2.7　播种粒子180

6.3 多普勒信号的电子学处理181

6.3.1　时域处理法181

6.3.2　频域处理法183

6.4　光学结构185

参考文献186

7.1 回顾187

第7章　陀螺仪187

7.2　塞纳克效应191

7.2.1　塞纳克效应和相对性192

7.2.2　塞纳克相位信号和相位噪声193

7.3　陀螺仪的基本结构196

7.4　RLG的发展200

7.4.1　颤动式激光陀螺仪202

7.4.2　环形Zeeman激光陀螺仪204

7.4.3　RLG性能207

7.5　光纤陀螺仪的发展210

7.5.1　开环光纤陀螺仪210

7.5.2.1　相位调制器213

7.5.2　对FOG部件的要求213

7.5.2.2　光纤214

7.5.2.3　偏振器215

7.5.2.4　回向散射效应216

7.5.2.5　光源216

7.5.2.6　耦合器217

7.5.2.7　接收器218

7.5.2.8　残留误差218

7.5.3　FOG的补偿技术218

7.5.4 闭环FOG220

7.6　谐振式FOG和其他方法223

7.7 汽车自动化中的3×3FOG225

7.8　MEMS陀螺仪及其他方法227

7.8.1　MEMS陀螺仪229

7.8.2　压电陀螺仪232

参考文献233

第8章　光纤传感器236

8.1　引言236

8.1.1　OFS分类237

8.1.2 OFS概况237

8.2　光学应变仪：一个研究例子239

8.3　读出结构239

8.3.1 强度读出240

8.3.2.1　圆双折射读出249

8.3.2　偏振读出249

8.3.2.2　电流OFS的性能254

8.3.2.3　线性双折射读出255

8.3.2.4　复合双折射读出258

8.3.2.5　外部调制型偏振计温度OFS259

8.3.3　干涉测量读出260

8.3.3.1　被测量的相位响应度262

8.3.3.2　干涉型OFS的实例262

8.3.3.3 白光干涉型OFS263

8.3.3.4　相干辅助读出264

8.4.1　复用266

8.4　多路复用式和分布式的OFS266

8.4.2　分布式传感器269

参考文献272

附录A0　术语274

A0.1　响应度和灵敏度274

A0.2　不确定性和分辨率275

附录A1　仪器中的激光器276

A1.1　激光基础278

A1.1.1　振荡条件279

A1.1.2　相干280

A1.1.3　He-Ne激光器的类型281

A1.2　He-Ne激光的频率稳定284

A1.2.1　频率参考和误差信号284

A1.2.2　腔长的调节288

A1.2.4　He-Ne激光器最终的评价289

A1.2.3　频率稳定性的最终限制289

A1.3　半导体窄线和频率稳定的激光器290

A1.3.1 半导体激光器的类型和参数290

A1.3.2　稳频的半导体激光器294

A1.4　二极管-泵浦、固态激光器295

A1.5　激光安全问题298

参考文献300

附录A2　基本的光学干涉仪301

A2.1　结构和性能301

A2.2　光学元件的选择305

参考文献308

A3.1　混浊性309

附录A3　大气传输309

A3.2　湍流315

参考文献317

附录A4　时间优化滤波器319

参考文献320

附录A5　传播和衍射321

A5.1　传播321

A5.2　菲涅耳近似322

A5.3　例子323

参考文献326

附录A6　光电仪器的信息源327

关于作者329