现代应用光学（张以谟）

近年来，应用光学领域中出现了许多新技术。本书基于作者多年光学领域的研究和积累，系统阐述了应用光学的现代理论和应用，并引入这些新技术。全书内容包括波面像差理论及几何像差理论、以非球面和自由光学曲面简化光学系统设计、太阳能电站和现代高效照明中的非成像光学等；反映了应用光学中的前沿技术，如光学系统焦深扩展与衍射极限的突破、微纳光子学和表面等离子体微纳光学设备中的光学系统、自适应光学等；叙述了现代物理光学仪器的光学系统原理，包括光电干涉光学系统、光电光谱仪及分光光度光学系统、偏振光电仪器光学系统及偏振光成像技术等。本书既讲解应用光学基础理论，又涵盖国内外应用光学领域*新的技术理论和实现方法，适合作为相关专业高校师生和广大科研人员的参考书。 >h:'Z*9  
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目 录 Yh^8 !  
第1章 现代应用光学基础理论概述 1 /~".GZ&29  
1．1 概述 1 dPpJDY0  
1．1．1 本书的背景 1 A4rMJ+!5  
1．1．2 本书的内容安排 1 yFeFI@Hp 3  
1．2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2 T(Yp90'6  
1．2．1 光学材料的光学参量 2 LibQlNW\  
1．2．2 热系数及温度变化效应的消除 4 R|$b\3  
1．2．3 其他玻璃数据 4 }:0ru_F)(4  
1．3 新型光学材料 5 ~uq010lMno  
1．3．1 新型光学材料概述 5 D/"velV  
1．3．2 光学材料发展概况 6 S,5>/'fy0  
1．4 液晶材料及液晶显示器 12 rZ n@i  
1．4．1 液晶材料及其分类 12 )HI
\T];  
1．4．2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16 nql9SQ'\\  
1．4．3 STN-LCD技术 27 .Mb0++% W  
1．4．4 液晶光阀技术 32 {9{X\|  
1．4．5 硅上液晶（LCoS）反射式显示器 36 /TPtPq<7:#  
1．4．6 光计算用SLM 38 (_@]-  
1．5 电光源和光电探测器 38 .`_iWfK  
1．5．1 电光源 38 6jBi?>
[I  
1．5．2 激光器 41 1,h:|  
1．5．3 光电导探测器 48 %,~\,+NP  
1．5．4 光伏探测器 49 U/AiI;Ne  
1．5．5 位敏探测器 53 PCL ;Z  
1．5．6 阵列型光电探测器 56 RR:%"4M  
1．6 波像差像质评价基础知识 59 }6.@  
1．6．1 光学系统像差的坐标及符号规则 59 m44a HBwId  
1．6．2 无像差成像概念和完善镜头聚焦衍射模式 60 Fx.Ly]L  
参考文献 63 R@pY+d9qp  
第2章 光学非球面的应用 67 >W >Ei(f  
2．1 概述 67 a:l-cZ/!  
2．2 非球面曲面方程 67 g"|>^90  
2．2．1 旋转对称的非球面方程 67 iSoQ1#MP)2  
2．2．2 圆锥曲线的意义 68 &)+H''J
Y  
2．2．3 其他常见非球面方程 70 LWTPNp:"{w  
2．2．4 非球面的法线和曲率 71 <B0f  
2．3 非球面的初级像差 71 -L]-u6kC[  
2．3．1 波像差及其与垂轴像差的关系 71 Mh~}RA"H  
2．3．2 非球面的初级像差 73 &V~l(1  
2．3．3 折射锥面轴上物点波像差 75 j-R*!i  
2．3．4 折射锥面轴外物点波像差 76 qF`
6l(  
2．4 微振（perturbed）光学系统的初级像差计算 77 <>{m+=gA  
2．4．1 偏心（decentered）光学面 78 1d FuoX  
2．4．2 光学面的倾斜 80 _h#I}uJ~  
2．4．3 间隔失调（despace）面 81 of_y<dd[G  
2．5 两镜系统的理论基础 82 *@PM,tS;  
2．5．1 两镜系统的基本结构形式 82 AnX<\7bc}  
2．5．2 单色像差的表示式 82 M+VWAh#uD  
2．5．3 消像差条件式 84 7p2xst  
2．5．4 常用的两镜系统 85 /u.ZvY3,  
2．6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86 jy2gR1~  
2．6．1 消球差的等光程折射非球面 86 0'Ho'wDb  
2．6．2 经典卡塞格林系统 87 7`A]X,:  
2．6．3 格里高里系统 88 o.fqJfpj  
2．6．4 只消球差的其他特种情况 88 Kd^.>T-
 
2．6．5 R-C（Ritchey-Chrétien）系统及马克苏托夫系统 89 J=$\-  
2．6．6 等晕系统的特殊情况 90 =(7nl#o  
2．6．7 库特（Cuder）系统及同心系统 91 r)}U 'iv*%  
2．6．8 史瓦希尔德（Schwarzschield）系统 92 qT(6TP  
2．6．9 一个消四种初级像差 的系统 93 u)<s*jk  
2．6．10 无焦系统 93 RfTGTz@H  
2．7 两镜系统的具体设计过程 93 9!uiQ  
2．7．1 R-C系统的设计 93 CKK}Z;~:  
2．7．2 格里高里系统与卡塞格林系统 94 ]nB|8k=J  
2．8 施密特光学系统设计 95 A|+QUPD  
2．8．1 施密特光学系统的初级像差 95 L0!CHP/nRS  
2．8．2 施密特校正器的精确计算法 98 ;H~<.
QW  
2．9 三反射镜系统设计示例 99 9ZJ 8QH  
2．9．1 设计原则 99 %Rn*oV  
2．9．2 设计过程分析 100 / }$n_N\!)  
2．9．3 设计示例 101 }H\I[5*  
参考文献 103 ]n|Jc_Y  
第3章 衍射光学元件 105 <R@,wzK  
3．1 概述 105 9/(jY$Ar  
3．1．1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法 106 ^ UmYW  
3．1．2 菲涅耳圆孔衍射的特点 108 rT/r"vr  
3．1．3 菲涅耳圆屏衍射 109 sg^|dS{3D  
3．2 波带片 110 *$vH]>)p  
3．2．1 菲涅耳波带片 110 {JP q.A  
3．2．2 相位型菲涅耳波带片 112 P7.b
n  
3．2．3 条形或方形波带片 113 TMj;NSc3  
3．3 衍射光学器件衍射效率 113 [|KvlOvP  
3．3．1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113 ]c7X~y  
3．3．2 台阶状（二元光学）相位光栅的衍射效率及其计算 114 _&#{cCo:  
3．4 通过衍射面的光线光路计算 115 qt~=47<d  
3．5 衍射光学系统初级像差 118 jhm??Af  
3．5．1 衍射光学透镜的单色初级像差特性 118 qy3@> 1G  
3．5．2 折衍混合成像系统中衍射结构的高折射率模型及PWC描述 121 pqfX}x  
3．5．3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122 Ck Nl;g l  
3．6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123 yk`qF'4]  
3．6．1 折衍光学透镜的等效阿贝数ν 123 ;[Mvk6^'R  
3．6．2 用DOL实现消色差 124 clB K  
3．6．3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125 PVo7Sy!'H  
3．7 衍射透镜的热变形特性 127 7pyzPc#_  
3．7．1 光热膨胀系数 127 K] (*l"'U5  
3．7．2 消热变形光学系统的设计 129 \x}\)m_7M<  
3．7．3 折衍混合系统消热差系统设计示例 130 q#W|fkfx+  
3．8 衍射面的相位分布函数 132 m$W>~  
3．8．1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132 Kp`{-dUf  
3．8．2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133 kUf i  
3．9 多层衍射光学元件（multi-layer diffractive optical elements） 133 #s\@fp7A  
3．9．1 多层衍射光学元件的理论分析 134 P0n1I7|  
3．9．2 多层衍射光学元件的结构 134 9 %T??-  
3．9．3 多层衍射光学元件材料的选择 134 Dw%'u'HG  
3．9．4 多层衍射光学元件的衍射效率 135 by/H:
5}7  
3．9．5 多层衍射光学元件在成像光学系统中的应用举例 136  yfZNL?2x  
3．10 谐衍射透镜（HDL）及其成像特点 137 Cq\XLh `  
3．10．1 谐衍射透镜 137 x=oV!x  
3．10．2 谐衍射透镜的特点 137 -&5YRfr!  
3．10．3 单片谐衍射透镜成像 138 ^viabkf C  
3．10．4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139 hO=L|BJ?I  
3．11 衍射光学轴锥镜（简称衍射轴锥镜） 143 cq4~(PXTg  
3．11．1 衍射轴锥镜 143 VVas>/0qr  
3．11．2 设计原理和方法 144 SO$Af!S:bB  
参考文献 150 U)/.wa>  
第4章 非对称光学系统像差理论 153 :RIz6Tz  
4．1 波像差与Zernike多项式概述 153 6O7s^d&K  
4．1．1 波前像差理论概述 153 5#K*75>  
4．1．2 角向、横向和纵向像差 154 6:ettdj  
4．1．3 Seidel像差的波前像差表示 155 1!<t8,W4  
4．1．4 泽尼克（Zernike）多项式 162 s?w2^<P  
4．1．5 条纹（fringe）Zernike系数 164 gM&IV{k3  
4．1．6 波前像差的综合评价指标 165 ~L)~p%rbi  
4．1．7 色差 167 ("9bV8:@B  
4．1．8 典型光学元件的像差特性 167 h'y%TOob  
4．2 非对称旋转成像光学系统中像差理论 174 Y[{:?i~9,  
4．2．1 重要概念简介 174 vd%g'fTy9  
4．2．2 倾斜非球面光学面处理 176 v>8C}d^  
4．2．3 局部坐标系统（LCS）近轴光方法计算单个光学面像差场中心 176 O3} JOv_  
4．2．4 OAR的参数化 179 (pxH<k=Ah  
4．2．5 倾斜和偏心的光学面的定位像差场对称中心矢量（像差场偏移量的推导） 181 >'*%wf[{  
4．2．6 基于实际光线计算单个面的像差场中心 182 PI9,*rOy  
4．2．7 失调光学系统的波像差表示式 183 vMTf^V  
4．2．8 举例：LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185 5=pE*ETJ  
4．3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187 xyp{_ MZ  
4．3．1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187 sQJ\{'g  
4．3．2 带有近圆光瞳的非旋转对称光学系统中的三级像差 187 o,6t:?Z  
4．3．3 节点像差场 191 =;rLv7(a  
4．3．4 波前误差以及光线的横向像差 194 0:$}~T9T  
4．3．5 非对称光学系统中的三级畸变 195 tT}b_r7h(1  
4．4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差：球差 197 :os8"  
4．4．1 非旋转对称光学系统像差概述 197 B9maz"lJ  
4．4．2 非旋转对称光学系统的五级像差 198 >JpBX+]5m  
4．4．3 五级像差的特征节点行为：球差族包括的各项 199 ,Z q:na  
参考文献 203 4t, 2H"M  
第5章 光学自由曲面的应用 205 *uc/| c  
5．1 光学自由曲面概述 205  /8x';hQ  
5．2 参数曲线和曲面 206 2XP }:e  
5．2．1 曲线和曲面的参数表示 206 g#5R||r  
5．2．2 参数曲线的代数和几何形式 210 4p
:d#,?r  
5．3 Bézier曲线与曲面 212 PkvW6,lS  
5．3．1 Bézier曲线的数学描述和性质 212 7v5]%%E/  
5．3．2 Bézier曲面 215 my (@~'  
5．4 B样条（B-spline）曲线与曲面 217 Cj-
s  
5．4．1 B样条曲线的数学描述和性质 217 %K6veB{M  
5．4．2 B样条曲线的性质 219 6"&cQ>$xh  
5．4．3 B样条曲面的表示 220 \V? .^/  
5．5 双三次均匀B样条曲面 221 586P~C[ic  
5．5．1 B 样条曲面 221 y )QLR<wf  
5．5．2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223 D=e*rrL7a  
5．6 非均匀有理B样条（NURBS）曲线与曲面 224 @<\oM]jX  
5．6．1 NURBS曲线与曲面 224 l6  G6H$  
5．6．2 NURBS曲线的定义 224 rzfLp  
5．6．3 NURBS表示 226 U=Ps#  
5．6．4 非均匀有理B样条曲面 228 O_FB^BB  
5．7 Coons曲面 229 b>ai"
!  
5．7．1 基本概念 229 +A}t_u3<  
5．7．2 双线性Coons曲面 230 qM\ 2f<)  
5．7．3 双三次Coons曲面 231 6,>$Jzs)5E  
5．8 自由曲面棱镜光学系统 232 Hjm> I'9  
5．8．1 自由曲面棱镜概述 232 ^ZwZz
e:2  
5．8．2 矢量像差理论及初始结构确定方法 233 5YY5t^T  
5．8．3 自由曲面棱镜设计 236 %*D=ni#(sT  
5．8．4 用光学设计软件设计含自由曲面的光学系统 238 5X{|*?>T  
参考文献 239 _.5{vGyxr  
第6章 共形光学系统 241 KF%BX~80C  
6．1 概述 241 }z`x-(V  
6．1．1 共形光学系统的一般要求 241 67j kU!  
6．1．2 共形光学系统的主要参量 244 @{/)k%U  
6．1．3 共形光学系统中的像差校正 250 z?byNd8  
6．1．4 共形光学系统实际应用须考虑的问题 252
JRl=j2z  
6．2 椭球整流罩的几何特性及消像差条件在共形光学系统中的应用 253 G
cV/_Y  
6．2．1 椭球面几何特性分析 253 Nq8ON!<<  
6．2．2 椭球整流罩的几何特性 256 ~+Wx\:TT  
6．2．3 利用矢量像差理论分析椭球整流罩结构的像差特性 258 cYSn   
6．3 基于Wassermann-Wolf方程的共形光学系统设计 259 F2N"aQ&  
6．3．1 共形光学系统解决像差动态变化的方法概述 259 'O<b'}-A  
6．3．2 共形光学系统的像差分析 260 G5}_NS/  
6．3．3 Wassermann-Wolf非球面理论 261 kckRHbeU  
6．3．4 利用Wassermann-Wolf原理设计共形光学系统 265 (\6E.Z#  
6．4 折/反射椭球形整流罩光学系统的设计 268 JwG(WLb:  
6．4．1 折/反射椭球形整流罩光学系统的设计原则 269 lC5zqyG  
6．4．2 椭球形整流罩像差分析 269 Z(MZbzY7Hq  
6．4．3 两镜校正系统初始结构设计原理 269 R"cQyG4  
6．4．4 用平面对称矢量像差理论分析光学系统像差特性 274 ufXWK3~\  
6．4．5 设计结果 275 6#z8 %kaX  
6．5 共形光学系统的动态像差校正技术 276 yYz{*hq  
6．5．1 共形光学系统的固定校正器 276 g[} L ?  
6．5．2 弧形校正器 278 ;Q{D]4  
6．5．3 基于轴向移动柱面―泽尼克校正元件的动态像差校正技术 280 FLmD?nw  
6．6 二元光学元件在椭球整流罩导引头光学系统中的应用 283 W@R7CQE@  
6．6．1 二元光学元件的光学特性 284 UC`h o%OBF  
6．6．2 二元衍射光学元件在椭球形整流罩导引头光学系统中的应用 286 \K$\-]N+  
6．6．3 利用衍/射光学元件进行共形整流罩像差校正的研究 288 :8yebOs   
6．6．4 折/衍混合消热差共形光学系统的设计 291 ZF7n]LgSc&  
6．7 利用自由曲面进行微变焦共形光学系统设计 295 7KgaXi3r  
6．7．1 自由曲面进行微变焦共形光学系统的特点 295 E@ea?Sx  
6．7．2 利用自由曲面的像差校正方法 295 Gu$/rb?  
6．8 基于实际光线追迹的共形光学系统设计概述 298 -d,D!  
6．8．1 实际光线追迹设计方法可在共形光学系统整个观察视场内得到较好像质 298 7
2l:[5ccR  
6．8．2 实际光线追迹方法概述 299 PzJ(Q  
参考文献 302 Ii0\Skb  
第7章 非成像光学系统 308 P^te
 
7．1 引言 308 xp|1yud  
7．1．1 太阳能热发电技术简介 308 , z\Qd07u  
7．1．2 太阳能光伏发电 311 ag'hHF
V  
7．1．3 照明非成像光学 312 v!I z&M:z  
7．2 非成像光学概述 314 0>Y3x
Nb  
7．2．1 非成像会聚器特性 314 K~:SLCv E%  
7．2．2 光学扩展不变量 314 (wu'FFJp#  
7．2．3 会聚度的定义 315 d(^8#4  
7．3 会聚器理论中的一些几何光学概念 316 []>rYZ9bv  
7．3．1 光学扩展量的几何光学概念 316 N82 6xvA  
7．3．2 在成像光学系统中像差对会聚度的影响 317 ,7V?Kj  
7．3．3 光学扩展量（拉氏不变量）和相空间的广义概念 318 uO4 LD}A  
7．3．4 斜不变量 320 b%
lH=u  
7．4 非成像光学的边缘光线原理 322 &4OOW;,?<  
7．4．1 边缘光线原理 322 R+!U.:-yz  
7．4．2 边缘光线原理应用――“拉线”方法 322 P5my]4|x  
7．5 复合抛物面会聚器（CPC） 324 W3~u J(  
7．5．1 光锥会聚器 324 5WI bnV@  
7．5．2 复合抛物面会聚器（CPC）概述 324 /Xi21W/  
7．5．3 复合抛物面会聚器的性质 326 <y7{bk~i  
7．5．4 增加复合抛物面会聚器的最大会聚角 328 \PS]c9@,rc  
7．6 同步多曲面设计方法 331  )M;~j  
7．6．1 SMS方法设计会聚器概述 331 (1x8DVXNN  
7．6．2 一个非成像透镜的设计：RR会聚器 332 lITd{E,+r  
7．6．3 XR会聚器 335 K~#?Y,}O  
7．6．4 RX会聚器 337 //NV_^$y  
7．7 XX类会聚器 340 (rFkXK4^J  
7．7．1 XX类会聚器的原理 340 J* !_O#  
7．7．2 RX1会聚器 341 -W!M:8  
7．7．3 RX1会聚器的三维分析 341 YT-ua{.^  
7．8 非成像光学用于LED照明 343 @
PM<pEve  
7．8．1 边缘光线扩展度守恒原理和控制网格算法 344 2Pb+/1*ix  
7．8．2 LED的非成像光学系统设计实例 346 ;?q(8^A  
7．8．3 大范围照明光源设计（二维给定光分布设计） 347 ?Tc|3U  
7．9 非成像光学用于LED均匀照明的自由曲面透镜 348 ObM/~{rKx  
7．9．1 均匀照明的自由曲面透镜概述 348 'A|c\sy  
7．9．2 LED浸没式自由曲面透镜设计方法 349 igL5nE=n  
7．9．3 设计示例 351 *  1}dk`-  
参考文献 353 by1q"\-,  
第8章 光电光学系统中紧凑型照相光学系统设计 356 }@LIb<Y  
8．1 概述 356 mh4 VQ9  
8．1．1 数码相机的组成 356 ~AD>@;8fG  
8．1．2 数码相机中图像传感器CCD和CMOS的比较 357 oL9<Fi  
8．1．3 数码相机的分类 359 25Ee+&&%  
8．1．4 数码相机的光学性能 364 ~6=6YP  
8．1．5 数码相机镜头的分类和特点 365 8(j]=n6r  
8．2 数码相机镜头设计示例 367 ItLR|LO9  
8．2．1 球面定焦距镜头设计示例 367 Lu^uY7 ?}  
8．2．2 非球面定焦距镜头设计示例 370 2{RRaUoRb  
8．3 变焦距镜头设计示例 372 9+ Mj$  
8．3．1 变焦透镜组原理 373 4U\>TFO  
8．3．2 非球面变倍镜头初始数据 373 %UdE2D'bC  
8．3．3 折叠式（潜望式）变焦镜头示例 376 Mxw-f4j  
8．4 手机照相光学系统 378 +6>2= ,?Z  
8．4．1 手机照相光学系统概述 378 'bRf>=  
8．4．2 两片型非球面手机物镜设计示例 379 $m ;p@#n  
8．4．3 三片型手机物镜设计 382 AAfhh5i  
8．5 手机镜头新技术概述 385 [;hkT   
8．5．1 自由曲面在手机镜头中的应用 385 bq5ySy{8  
8．5．2 液体镜头 385 Q1Qw45$  
8．6 鱼眼镜头概述 388 Q}Ah{H0C  
8．6．1 鱼眼镜头是“仿生学的示例” 388 BHp>(7,  
8．6．2 鱼眼镜头基本结构的像差校正 390 a1_ N~4r`
 
8．6．3 鱼眼镜头基本光学结构的演变 391 G[e,7jev  
8．6．4 鱼眼镜头的发展 391 i|<wnJu  
8．6．5 鱼眼镜头的光学性能 393 #IGcQY  
8．6．6 光阑球差与入瞳位置的确定 396 ?#c "wA&  
8．6．7 光阑彗差与像差渐晕 398 IZdWEbN1  
8．6．8 鱼眼镜头示例与投影方式比较 399 wx-&(f   
参考文献 402 fFVQu\  
第9章 光学系统焦深的扩展与衍射极限的突破 405 }^H(EHE  
9．1 概述 405 tYMr  
9．1．1 扩展焦深概述 405 IM6
n\EZ^  
9．1．2 超衍射极限近场显微术概述 409 t{UWb~"  
9．1．3 远场超分辨成像 418 A'![*O  
9．2 光学成像系统景深的延拓 420 [jNVk3  
9．2．1 景深延拓概述 420 bi-Am/9  
9．2．2 延拓景深的方形孔径相位模板 425 ^xk
4HF   
9．2．3 增大景深的圆对称相位模板 438 A##Q>|>)  
9．3 多环分区圆对称相位模板设计 442 zt]8F)l@  
9．3．1 多环分区圆对称相位模板的概念 442 pHk$_t  
9．3．2 多环分区圆对称相位模板对应系统的特性 448 %1cxZxGT  
9．3．3 圆对称相位模板成像系统的优缺点 450 3\{acm
 
9．3．4 初级像差的影响以及延拓景深图像的复原 451 g<~ODMCO?W  
9．3．5 延拓景深相位模板系统的图像复原与其光学成像系统的光学设计 456  })!-  
9．3．6 延拓景深光学成像系统的光学设计 460 &Odrq#o?R  
9．4 轴锥镜（axicon）扩展焦深 468 o4 "HE*  
9．4．1 轴锥镜 468
G,6`:l  
9．4．2 小焦斑长焦深激光焦点的衍射轴锥镜的设计 476 PRYm1Y  
9．5 近场光学与近场光学显微镜 478 rv)Eg
53Q  
9．5．1 近场光学概念 478 Eh
D%  
9．5．2 近场扫描光学显微镜（NSOM） 482 6qV1_M#  
9．6 扫描探针显微镜 488 )2Q0NbDn  
9．6．1 与隧道效应有关的显微镜 489 H9_>a-> )~  
9．6．2 原子力显微镜（AFM） 491 ]ml'd  
9．6．3 扫描力显微镜（SFM） 495 /QlzWson  
9．6．4 检测材料不同组分的SFM技术 498 ?3LV$S)U  
9．6．5 光子扫描隧道显微镜（PSTM） 499 ~y Dl& S  
9．7 原子力显微镜 504 i+Ne
.h  
9．7．1 原子力显微镜的基本组成 504 ^eoW+OxH  
9．7．2 近场力 505 .2P3 !KCL  
9．7．3 微悬臂力学 507 zB7^L^Y  
9．7．4 AFM探测器信号 508 ?=?*W7  
9．7．5 原子力显微镜的测量模式 509 rWJRoGk/  
9．7．6 原子力显微镜检测成像技术 512 x`p908S^  
9．7．7 AFM的优点和正在改进之处 513 Tz:,l$  
9．7．8 电力显微镜（EFM） 513 pi;fu  
9．8 远场超高分辨率显微术 516 }!*|VdL0  
9．8．1 远场超高分辨率显微术概述 516 m-[xrVV  
9．8．2 4Pi显微镜 517 tT A  
9．8．3 3D随机光学重建显微镜（STORM） 519 ^eV K.  
9．8．4 平面光显微镜（SPIM）基本原理 520 5^
qs>k[mN  
9．8．5 福斯特共振能量转移显微镜（FRETM） 521 DjZTr}%q  
9．8．6 全内反射荧光显微镜（TIRFM） 522 >)[W7h  
9．9 衍射光学组件用于扫描双光子显微镜的景深扩展 524 1)xj 'n  
9．9．1 远场超分辨显微镜扩展焦深概述 524 b V_<5PHP  
9．9．2 扩展焦深显微光学系统设计 525 ok-q9dM  
9．9．3 扫描双光子显微成像系统的扩展景深实验 528 _=[pW2p  
参考文献 532 0ly6  |:  
第10章 自适应光学技术应用概述 542 `LwZ(M-hI  
10．1 引言 542 I?q- :9
:  
10．1．1 自适应光学技术的发展 542 n68qxD-X  
10．1．2 自适应光学系统 544 RXWdqaENx  
10．1．3 自适应光学应用技术 545 zEE:C|50  
10．1．4 自适应光学在相控阵系统中的应用 547 djdSD  
10．1．5 高能激光相控阵系统简介 549 ]]u_Mdk  
10．2 自适应光学系统原理 553 ]RVme^=  
10．2．1 自适应光学概念 553 kmJ<AnK  
10．2．2 共光路/共模块自适应光学原理及衍生光路 557 je:J`4k$  
10．3 自适应光学系统的基本组成原理和应用 569 ZTGsZ}{5  
10．3．1 波前传感器 569 Qc 1mR\.5  
10．3．2 波前校正器 578 c!$~_?]  
10．3．3 波前控制器及控制算法 584 #LYx;[
D6  
10．3．4 激光导星原理及系统 589 1 !.PH   
10．4 天文望远镜及其自适应光学系统 601 /PBK:B  
10．4．1 2．16 m望远镜及其自适应光学系统 601 b3=XWzK5  
10．4．2 37单元自适应光学系统 608 U|+`Eth8(  
10．4．3 1．2 m望远镜61单元自适应光学系统 612 C0>)WVCK  
10．5 锁相光纤准直器的自适应阵列实验系统 620 A~a7/N6s;  
10．5．1 概述 620 IxWX2yJ]  
10．5．2 光纤准直器的自适应阵列中的反馈控制 626 !?B2OE  
10．6 阵列光束优化式自适应光学的原理与算法 631 _=qk.|p/  
10．6．1 光学相控阵技术基本概念 631 .KYDYdoS'  
10．6．2 优化算法自适应光学 633 gFM~M(  
10．6．3 阵列光束优化式自适应光学的原理与发展 634 O4W2X@
 
10．6．4 阵列光束优化式自适应光学算法 635 ka8=`cn  
10．7 自适应光学技术在自由空间光通信中的应用 642 M%eTNsbNm  
10．7．1 自由空间光通信概述 642 ?`SBGN;  
10．7．2 自由空间光通信系统概述 643 r
N~V^k  
10．7．3 一些自由空间光通信的示例 649 ?zXlLud8  
10．7．4 自适应光学结合脉冲位置调制（PPM）改善光通信性能 653 aTLr%D:Ka  
10．7．5 无波前传感自适应光学（AO）系统 656 $yZP"AsAR  
10．8 自由空间激光通信终端系统原理 659 )B^T7{  
10．8．1 终端系统结构和工作原理 659 DC$
x}1  
10．8．2 激光收发子系统 660 `LWbL*;Y0  
10．8．3 捕获跟踪瞄准（ATP）子系统 662 ;sSRv9Xb  
10．8．4 光学平台子系统 662 |P"kJ45  
10．8．5 卫星终端系统概述 666 !;U}ax;AF  
10．8．6 基于自适应光学技术的星载终端光学系统方案示例 673 x1`Jlzrp,  
10．9 自适应光学技术的其他典型应用举例 675
V#PT.,Xa.  
10．9．1 自适应光学技术在惯性约束聚变技术中的应用概述 675 aFy'6c}  
10．9．2 自适应光学用于月球激光测距 679 .18MMzdN  
10．9．3 自适应光学系统在战术激光武器中的应用简介 682 tH4+S?PI  
10．9．4 自适应光学在医学眼科成像中的应用 689 <*4r6UFR  
参考文献 696 6)3pnhG9  
第11章 微纳投影光刻技术导论 711 a&`Lfw"  
11．1 引言 711 =NL(L  
11．2 光刻离轴照明技术 717 Oyjhc<6  
11．3 投影光刻掩模误差补偿 721 z0tm3ovp  
11．4 投影光刻相移掩模 728 Y#Pg*C8>8  
11．5 电子投影光刻（EPL） 735 sTYA  
11．6 离子束曝光技术 750 bO gVCg  
11．7 纳米压印光刻（NIL）技术 754 GplEad $  
参考文献 761 u+]8S
q  
第12章 投影光刻物镜 769 )G|'PXI
@,  
12．1 概述 769 -sk!XWW+  
12．1．1 光刻技术简介 769 j{NcDepLn  
12．1．2 提高光刻机性能的关键技术 769 yKOC1( ~  
12．1．3 ArF光刻机研发进展 771 NFb<fD[C  
12．1．4 下一代光刻技术的研究进展 772 I6 Q{ Axy  
12．2 投影光刻物镜的光学参量 772 &o)eRcwH`  
12．2．1 投影光刻物镜的光学特征 772 Y X{F$
BM  
12．2．2 工作波长与光学材料 774 xR5zm%\  
12．3 投影光刻物镜结构形式 784 V)Y#m/$`  
12．3．1 折射式投影物镜结构形式 784 K!SFS   
12．3．2 折射式光刻投影物镜 785 H*EN199  
12．3．3 深紫外（DUV）投影光刻物镜设计要求 786 +zsB~Vz  
12．3．4 深紫外（DUV）非球面的投影光刻物镜 786 <#:ey^q<  
12．3．5 光阑移动对投影光刻物镜尺寸的影响 787 kCU(Hi`Q  
12．4 光刻物镜的像质评价 788 6t`cY  
12．4．1 波像差与分辨率 788 /.[78:G\,  
12．4．2 基于Zernike多项式的波像差分解 791 IdWFG?b3  
12．4．3 条纹Zernike多项式的不足与扩展 794 `9p;LZC1K  
12．5 运动学安装机理与物镜像质精修 795 7 +kU8}  
12．5．1 运动学安装机理 795 @7,k0H9Moa  
12．5．2 物镜像质精修 796 :pgpE0  
12．5．3 投影光刻物镜的像质补偿 796 2lRE+_qz  
12．6 进一步扩展NA 801 ~~3 BV,  
12．6．1 用Rayleigh公式中的因子扩展NA 801 7F wot&  
12．6．2 非球面的引入 802 6^"Spf]  
12．6．3 反射光学元件的引入 802 W
v!%'IB  
12．6．4 两次曝光或两次图形曝光技术 803 /~;om\7r  
12．7 浸没式光刻技术 803 59M\uVWR  
12．7．1 浸没式光刻的原理 803 Y`!Zk$8  
12．7．2 浸没液体 804 (<xl _L:*.  
12．7．3 浸没式大数值孔径投影光刻物镜 805 mvt%3zCB!  
12．7．4 偏振光照明 806 Ex}hk!  
12．7．5 投影光刻物镜的将来趋势 808 _T.k/a  
12．8 极紫外（EUV）光刻系统 810 5Z*6,P0  
12．8．1 极紫外（EUV）光源 810 Hn
!13+fS  
12．8．2 EUVL（extreme ultraviolet lithography）投影光刻系统的主要技术要求 813 4,qhWe`/  
12．8．3 两镜EUV投影光刻物镜 815 FWDAG$K@0  
12．8．4 ETS 4镜原型机 819 9._owKj  
12．9 EUVL6镜投影光学系统设计 820 ^ah9:}Ll  
12．9．1 非球面6镜投影光学系统结构 820 ZA6)@Mn  
12．9．2 分组设计法――渐进式优化设计6片（22 nm技术节点） )TzQ8YpO}  
反射式非球面投影光刻物镜 821 R>n=_C  
12．9．3 EUVL照明系统设计要求 825 K+@R [  
12．10 鞍点构建方法用于光刻物镜设计 827 =/MA`>  
12．10．1 构建鞍点的价值函数的基本性质 827 gX!-s*{E  
12．10．2 鞍点构建 828 F!&$Z .  
12．10．3 DUV光刻物镜的枢纽 830 YGf<!  
12．10．4 深紫外（DUV）光刻物镜设计举例 832 NNP ut$.  
12．10．5 用鞍点构建方法设计EUV投影光刻系统 835 "TP^:Ln  
12．10．6 极紫外（EUV）光刻物镜举例 836 %{;1i  
12．10．7 鞍点构建设计方法中加入非球面设计概述 837 )@[##F2  
参考文献 840 `(o:;<&3  
第13章 表面等离子体纳米光子学应用 850 _%:$sAj  
13．1 表面等离子体概述 850 ^n&_JQIXb  
13．1．1 表面等离子体相关概念 850 5v,_ Hgh  
13．1．2 表面等离子体激发方式 852 i-gN<8\
v  
13．2 SPP产生条件和色散关系 854 mL]a_S{H  
13．2．1 电荷密度波（CWD）与激发SPP的条件 854 K:(E"d;  
13．2．2 介电质/金属结构中典型的SPP色散曲线 856 ~Y/o9x0  
13．3 SPP的特征长度 858 g}n-H4LI  
13．3．1 概述 858 T?HW=v_a  
13．3．2 SPP的波长λSPP 859 xSy`VuSl  
13．3．3 SPP的传播距离δSPP 860 :.aMhyh#*  
13．3．4 实验 862 LeaJ).Maw  
13．3．5 SPP场的穿透深度δd和δm 863 YML]pNB  
13．4 SPP的透射增强 864 JK'FJ}Z4  
13．4．1 透射增强 864 R]<N";-  
13．4．2 围绕单孔的同心环槽状结构 865 @p ZjJ<9QM  
13．4．3 平行于单狭缝的对称线性槽阵列 866 7B{LRm6;Vu  
13．5 突破衍射极限的超高分辨率成像和银超透镜的超衍射极限成像 867 xTg=oq  
13．5．1 超透镜的构成 867 y$[:Kh,  
13．5．2 银超透镜 868 !!?TkVyEyM  
13．5．3 银超透镜成像实验 869 zy(NJ  
13．6 SPP纳米光刻技术 870 <sli!r
v  
13．6．1 表面等离子体共振干涉纳米光刻技术 870 U
'k 0;  
13．6．2 基于背面曝光的无掩模表面等离子体激元干涉光刻 871 1s/548wu  
13．6．3 在纳米球―金属表面系统中激发间隙模式用于亚30 nm表面等离子体激元光刻 873 2mEvoWnJ  
13．6．4 用介电质―金属多层结构等离子体干涉光刻 875 h0a|R4J  
13．7 高分辨率并行写入无掩模等离子体光刻 879 .C,D;T{  
13．7．1 无掩模等离子体光刻概述 879 vb`R+y@  
13．7．2 传播等离子体（PSP）和局域等离子体（LSP） 879 ?"$Rw32  
13．7．3 纳米等离子体光刻渐进式多阶聚焦方案 880 Yhte&,D"  
参考文献 885 ZXl_cq2r  
第14章 干涉技术与光电系统 892 ]p!)8[<  
14．1 概述 892 B,A,5SuMk  
14．1．1 经典干涉理论 892 oju,2kpH7#  
14．1．2 光的相干性 893 55Y
a(E  
14．1．3 常用的激光器及其相干性 894 l}SHR|7<  
14．2 传统干涉仪的光学结构 897 T:Nc^QP|tm  
14．2．1 迈克尔逊（Michelson）干涉仪 897 Kk`LuS?  
14．2．2 斐索（Fizeau）干涉仪 898 %'OY  
14．2．3 泰曼-格林（Twyman-Green）干涉仪 899 Jb*E6-9G  
14．2．4 雅敏（Jamin）干涉仪 900 +\]Gu(z<  
14．2．5 马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉仪 901 2F :8=_sA  
14．3 激光干涉仪的光学结构 901 vb6kr?-i*  
14．3．1 激光偏振干涉仪 902 '^)}"sZ@G  
14．3．2 激光外差干涉仪 904 >#VNA^+t  
14．3．3 半导体激光干涉仪光学系统 906 6=:s3I^  
14．3．4 激光光栅干涉仪光学系统 907 G>Hg0u0!,  
14．3．5 激光多波长干涉仪 912 LU/;`In  
14．3．6 红外激光干涉仪 916 jn(%v]
 
14．3．7 双频激光干涉仪 919 >L')0<!&  
14．4 波面与波形干涉系统光学结构 921 u4j"U6"]M  
14．4．1 棱镜透镜干涉仪光学系统 922 s'|t2`K("  
14．4．2 波前剪切干涉仪 923 XY#.?<"Q8  
14．4．3 三光束干涉仪与多光束干涉仪 926 S$ffTdRz  
14．4．4 数字波面干涉系统 928 2Qt!JXC  
14．4．5 锥度的干涉测量光学结构 930 y
d=b!\}WJ  
14．5 表面微观形貌的干涉测量系统 931 ocu,qL)W  
14．5．1 相移干涉仪光学结构 931 u'nQC*iJb  
14．5．2 锁相干涉仪光学结构 931 yzT4D>1,  
14．5．3 干涉显微系统光学结构 933 i
X[g  
14．5．4 双焦干涉显微镜光学结构 936 .,20_<j%=  
14．6 亚纳米检测干涉光学系统 937 5|5p -B  
14．6．1 零差检测干涉系统 937 IC?(F]$%>  
14．6．2 外差检测干涉系统 939 Yt?]0i+  
14．6．3 自混频检测系统 940 "9 f
+F  
14．6．4 自适应检测系统 942 *YSRZvD<\  
14．7 X射线干涉仪系统光学结构 943 C;j&Vbf  
14．7．1 X射线干涉仪的特点 943 IVY)pS"pR"  
14．7．2 X射线干涉仪的原理 944 Re&"Q8I.8  
14．7．3 X射线干涉仪的应用 944 mRa\ wEg%  
14．8 瞬态光电干涉系统 945 zy5FO<->  
14．8．1 瞬态干涉光源 945 ?}uuTNLl)  
14．8．2 序列脉冲激光的高速记录 946 3{fg3?  
14．9 数字全息干涉仪光学结构 948 bF6J>&]!  
14．10 光纤干涉光学系统 952 f}J(nz>Sh  
14．10．1 光纤干涉基本原理 952 6tFi\,)E  
14．10．2 光纤干涉光学系统结构 952 $1g1Bn  
14．10．3 Sagnac干涉仪：光纤陀螺仪和激光陀螺仪 957 Vd(n2JMtG  
14．10．4 微分干涉仪光学结构 959 J\P6  
14．10．5 全保偏光纤迈克尔逊干涉仪光学结构 961 kg 8Dn  
14．10．6 三光束光纤干涉仪光学结构 962 &O^-,n  
14．10．7 全光纤白光干涉仪光学结构 963 fjOq@thD  
14．10．8 相位解调技术 965 $dF3@(p  
参考文献 969 &7oL2Wf  
第15章 光电光谱仪与分光光学系统设计 972 [q
_+s  
15．1 光谱与光谱分析概述 972 "?.#z]']  
15．1．1 光谱的形成和特点 972 2 rr=FJ  
15．1．2 光谱仪器 975 xEk8oc  
15．1．3 光谱分析 977 FF~r&h8H  
15．2 光电光谱仪器的色散系统 978 +D:8r|evH  
15．2．1 棱镜系统 978 nQoQNB  
15．2．2 平面衍射光栅 983
1"L"LU'  
15．2．3 凹面衍射光栅 989 -sfv"?  
15．2．4 阶梯光栅 992 (6Od
  
15．3 光电光谱仪器的光学系统设计 993 oFf9KHorW  
15．3．1 常用的光谱仪器光学系统 993 >W;NMcN~  
15．3．2 光谱仪器光学系统的初级像差 994 )9:5?,SO  
15．3．3 光谱仪器光学系统的像差校正 997 yji[Yde;|  
15．3．4 反射式准直和成像系统的像差 998 r`.N?  
15．3．5 常用平面光栅装置类型 1001 P/girce0  
15．3．6 凹面光栅光谱装置光学系统 1007 ZGDT 6,  
15．4 典型光电光谱仪器光学系统设计 1008 Hddc-7s  
15．4．1 摄谱仪和光电直读光谱仪光学系统设计 1008 tw>2<zmSi%  
15．4．2 单色仪和分光光度计光学系统设计 1015 avL_>7q
 
15．4．3 干涉光谱仪光学系统设计 1027 s0^(yEcq  
15．5 激光光谱仪光学系统设计 1030 ?)y^ [9  
15．5．1 激光光谱仪 1030 [104;g <  
15．5．2 傅里叶变换光谱仪光学系统设计 1032 *Ud(HMTe  
15．5．3 光谱成像仪光学系统设计 1039 |7tD&9<  
参考文献 1042 z.!N|"4yr  
第16章 光波的偏振态及其应用 1043 ;,C]WZ.w  
16．1 光波的偏振态 1043 s:Ml\['x  
16．1．1 椭圆偏振电磁场 1044 Z(T{K\)uN  
16．1．2 线偏振和圆偏振电磁场 1045 #uw&u6*\q  
16．1．3 偏振光的描述 1046 jk
{(o09  
16．1．4 偏振光的分解 1051 R<L
f>p>_  
16．1．5 琼斯矩阵与穆勒矩阵（Mueller matrix） 1052 RI0^#S_{  
16．2 偏振光学元件 1056 /N"3kK,N  
16．2．1 偏振片 1056 akxNT_   
16．2．2 偏振棱镜 1062 ( %\7dxiK  
16．2．3 退偏器 1067 "|L"C+
tE  
16．3 偏振棱镜设计与应用示例 1070 Ve3z5d:^  
16．3．1 偏振耦合测试系统中偏振棱镜的设计 1070 cKe%P|8  
16．3．2 高透射比偏光棱镜 1073 %,kP_[!>Q  
16．3．3 高功率YVO4晶体偏振棱镜 1075 _!R$a-  
16．4 相位延迟器 1077 Jpj=d@Of70  
16．4．1 相位延迟器概述 1077 [d6!  
16．4．2 双折射型消色差相位延迟器 1078 #Ub_m@@4  
16．4．3 全反射型消色差相位延迟器原理 1080 t>I.1AS  
16．5 偏振光学用于水下成像 1085 o@Oz a  
16．5．1 斯托克斯（Stokes）矢量法 1085 DPTk5o[  
16．5．2 水下偏振图像采集光学系统的设计 1088 _`|1B$@x  
16．5．3 斯托克斯图像的测量方案 1091 K>@yk9)vi  
16．6 椭圆偏振薄膜测厚技术 1095 \ ;npdFy  
16．6．1 薄膜测量方法概述 1095 //U1mDFT  
16．6．2 椭偏测量技术的特点和原理 1096 aa`(2%(:  
16．6．3 椭偏测量系统类型 1097 U]iI8c  
16．6．4 干涉式椭偏测量技术 1100 @h%V:c  
16．6．5 外差干涉椭圆偏振测量原理及光学系统 1102 d,b4q&^X8  
16．6．6 外差椭偏测量仪 1106 uZS:  
16．7 基于斯托克斯矢量的偏振成像仪器 1109 N1c=cZ
DV  
16．7．1 斯托克斯矢量偏振成像仪器概述 1109 NXU:b"G S  
16．7．2 多角度偏振辐射计 1114 QPJ\Iu@D$  
16．8 共模抑制干涉及其应用 1118 H\67Pd(Z6  
16．8．1 共模抑制干涉技术概述 1118 vk& gR  
16．8．2 偏振光在零差激光干涉仪中的应用 1122 $;qi-K3j  
16．8．3 利用偏振干涉原理测量表面粗糙度的方法 1126 tnRf!A;m  
16．8．4 光功率计分辨率对测量结果的影响 1130 fu/8r%:h  
16．8．5 在线测量表面粗糙度的共光路激光外差干涉仪 1132 /kW Z 8Z  
参考文献 1134 $KiCs]I+  
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