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。 8Nr,Wq  
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目 录 _&/FO{F@m  
第1章 现代应用光学基础理论概述 1 Ib)>M`J
 
1．1 概述 1 MTKd:.J6  
1．1．1 本书的背景 1 29+p|n
 
1．1．2 本书的内容安排 1 -3M6[`/  
1．2 光学系统设计中常用的光学材料特征参数 2 N XwQvm;q  
1．2．1 光学材料的光学参量 2 :Fm{U0;"  
1．2．2 热系数及温度变化效应的消除 4 kEM5eY  
1．2．3 其他玻璃数据 4 9d7$Fz#  
1．3 新型光学材料 5 );LkEXC_'  
1．3．1 新型光学材料概述 5 4XkSj9D~z  
1．3．2 光学材料发展概况 6 4= VAJ  
1．4 液晶材料及液晶显示器 12 zc<C %t[~y  
1．4．1 液晶材料及其分类 12 k^|P8v+"D  
1．4．2 常用液晶显示器件的基本结构和工作原理 16 I2@pkVv3z  
1．4．3 STN-LCD技术 27 XO)|l8t#$=  
1．4．4 液晶光阀技术 32 Kvu0Av-7  
1．4．5 硅上液晶（LCoS）反射式显示器 36 RH,1U3?  
1．4．6 光计算用SLM 38 =[O;/~J%:  
1．5 电光源和光电探测器 38 J?ljqA}i  
1．5．1 电光源 38 z0;+.E!  
1．5．2 激光器 41 MZt~ Abt  
1．5．3 光电导探测器 48 {+V1>6  
1．5．4 光伏探测器 49 3pSkk  
1．5．5 位敏探测器 53 e1e2W
k  
1．5．6 阵列型光电探测器 56
l\=M'D  
1．6 波像差像质评价基础知识 59 M<3P  
1．6．1 光学系统像差的坐标及符号规则 59 *$ZLu jy7  
1．6．2 无像差成像概念和完善镜头聚焦衍射模式 60 L< MIl[z7  
参考文献 63 qTA
@0fL  
第2章 光学非球面的应用 67
fP41B  
2．1 概述 67 <y+8\m  
2．2 非球面曲面方程 67 4\%0a,\^  
2．2．1 旋转对称的非球面方程 67 MQR@(>TZy  
2．2．2 圆锥曲线的意义 68 O87Ptr8  
2．2．3 其他常见非球面方程 70 b"+J8W  
2．2．4 非球面的法线和曲率 71 tHhA_  
2．3 非球面的初级像差 71 u!([m; x|  
2．3．1 波像差及其与垂轴像差的关系 71 :Mss"L820  
2．3．2 非球面的初级像差 73 3|/<
Pk  
2．3．3 折射锥面轴上物点波像差 75 ' LT6%<|  
2．3．4 折射锥面轴外物点波像差 76 
Y'NQt?h  
2．4 微振（perturbed）光学系统的初级像差计算 77 .P[ %t=W  
2．4．1 偏心（decentered）光学面 78 [XA f=x  
2．4．2 光学面的倾斜 80 o0:[,ock  
2．4．3 间隔失调（despace）面 81 O!!Ne'I  
2．5 两镜系统的理论基础 82 tlU&p'  
2．5．1 两镜系统的基本结构形式 82 ER:)Fk>_  
2．5．2 单色像差的表示式 82 kcd~`+C  
2．5．3 消像差条件式 84 tA+ c  
2．5．4 常用的两镜系统 85 v)(tB7&`=  
2．6 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面 86 XgUvgJ  
2．6．1 消球差的等光程折射非球面 86 #D"fCVIS  
2．6．2 经典卡塞格林系统 87 gB!K{ Io'  
2．6．3 格里高里系统 88 z.f~wAT@<  
2．6．4 只消球差的其他特种情况 88 xF*C0B;QL  
2．6．5 R-C（Ritchey-Chrétien）系统及马克苏托夫系统 89 $x&\9CRM  
2．6．6 等晕系统的特殊情况 90 g->cgExj  
2．6．7 库特（Cuder）系统及同心系统 91 5b_[f(  
2．6．8 史瓦希尔德（Schwarzschield）系统 92 F`9;s@V*  
2．6．9 一个消四种初级像差 的系统 93 Dm':D  
2．6．10 无焦系统 93 n/_cJD\  
2．7 两镜系统的具体设计过程 93 v%|()Z0  
2．7．1 R-C系统的设计 93 yQ> *F  
2．7．2 格里高里系统与卡塞格林系统 94
PjEKZHHz  
2．8 施密特光学系统设计 95 n237%LH[  
2．8．1 施密特光学系统的初级像差 95 N 3)OH6w"  
2．8．2 施密特校正器的精确计算法 98 #NM.g  
2．9 三反射镜系统设计示例 99 RltG/ZI  
2．9．1 设计原则 99 ]9?_m@Ihx  
2．9．2 设计过程分析 100 <tZPS`c'_  
2．9．3 设计示例 101 N{@kgc  
参考文献 103 1!RD kZwe  
第3章 衍射光学元件 105 dKcHj<'E/  
3．1 概述 105 CtwMMZXX3  
3．1．1 菲涅耳圆孔衍射――菲涅耳波带法 106 /#?lG`'1  
3．1．2 菲涅耳圆孔衍射的特点 108 +%%FT#ce  
3．1．3 菲涅耳圆屏衍射 109 zmI?p4,  
3．2 波带片 110 LEMgRI`rf  
3．2．1 菲涅耳波带片 110 Xidt\08s  
3．2．2 相位型菲涅耳波带片 112 yi3@-
 
3．2．3 条形或方形波带片 113 S5ofe]tS@  
3．3 衍射光学器件衍射效率 113 zV {[0s  
3．3．1 锯齿形一维相位光栅的衍射效率 113 rt5UT~  
3．3．2 台阶状（二元光学）相位光栅的衍射效率及其计算 114 Lxm1
.TOJ  
3．4 通过衍射面的光线光路计算 115 6=]%Y  
3．5 衍射光学系统初级像差 118 h3.wR]ut  
3．5．1 衍射光学透镜的单色初级像差特性 118 xq',pzN  
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 e.eQZ5n~q`  
3．5．3 P∞、W∞、C与折衍混合单透镜结构的函数关系 122 94L P )n  
3．6 折衍光学透镜的色散性质及色差的校正 123 SGMLs'D   
3．6．1 折衍光学透镜的等效阿贝数ν 123 zO`54^  
3．6．2 用DOL实现消色差 124 T`46\KkN  
3．6．3 折衍光学透镜的部分色散及二级光谱的校正 125 vkan+~H  
3．7 衍射透镜的热变形特性 127 V
)\|I8"  
3．7．1 光热膨胀系数 127 @9|sNS  
3．7．2 消热变形光学系统的设计 129 28M!G~|  
3．7．3 折衍混合系统消热差系统设计示例 130 &*Eyw s  
3．8 衍射面的相位分布函数 132 ,L&Ka|N0  
3．8．1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函数 132 %k#Q)zWJ  
3．8．2 用于平衡热像差的衍射面的相位分布函数 133 sbOa] 5]
 
3．9 多层衍射光学元件（multi-layer diffractive optical elements） 133 5EDM?G  
3．9．1 多层衍射光学元件的理论分析 134 v4
sc  
3．9．2 多层衍射光学元件的结构 134 M?5[#0"&V  
3．9．3 多层衍射光学元件材料的选择 134 6.|f iQs]  
3．9．4 多层衍射光学元件的衍射效率 135 @"T_W(i;BI  
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 ulsr)Ik  
3．10 谐衍射透镜（HDL）及其成像特点 137 eHG**@"X  
3．10．1 谐衍射透镜 137 pDD0 QO  
3．10．2 谐衍射透镜的特点 137 4f~h
d-z  
3．10．3 单片谐衍射透镜成像 138 1tG,V%iCp  
3．10．4 谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统设计示例 139 }9e4?7  
3．11 衍射光学轴锥镜（简称衍射轴锥镜） 143 o Wg5-pMWZ  
3．11．1 衍射轴锥镜 143 bU1UNm`{C  
3．11．2 设计原理和方法 144 67 >*AL  
参考文献 150 )RlaVAtM  
第4章 非对称光学系统像差理论 153 Gk2\B]
{  
4．1 波像差与Zernike多项式概述 153 uD_|/(  
4．1．1 波前像差理论概述 153 ,dKcxp~[  
4．1．2 角向、横向和纵向像差 154 uYiM~^0  
4．1．3 Seidel像差的波前像差表示 155 f+Nq?GvwBQ  
4．1．4 泽尼克（Zernike）多项式 162 FLY#  
4．1．5 条纹（fringe）Zernike系数 164 '
-[  
4．1．6 波前像差的综合评价指标 165 o9~Z! &p  
4．1．7 色差 167 N. 3 x[%:  
4．1．8 典型光学元件的像差特性 167 n@w$5y1@  
4．2 非对称旋转成像光学系统中像差理论 174 ~q#UH'=%  
4．2．1 重要概念简介 174 J\XYUs  
4．2．2 倾斜非球面光学面处理 176 mY2Ubn*  
4．2．3 局部坐标系统（LCS）近轴光方法计算单个光学面像差场中心 176  Mi.xay%  
4．2．4 OAR的参数化 179 pm O}m>  
4．2．5 倾斜和偏心的光学面的定位像差场对称中心矢量（像差场偏移量的推导） 181 <T:u&Ic  
4．2．6 基于实际光线计算单个面的像差场中心 182 +Ck<tx3h&  
4．2．7 失调光学系统的波像差表示式 183 o
T$w14b  
4．2．8 举例：LCS近轴计算与其实际光线等价计算的比较 185 F?e_$\M  
4．3 近圆光瞳非对称光学系统三级像差的描述 187 ]1rr$f9  
4．3．1 光学系统的像差场为各个面的贡献之和 187 1p>5ZkHb  
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 !0ySS {/  
4．3．3 节点像差场 191 31k.{dnm  
4．3．4 波前误差以及光线的横向像差 194 <9YRSE[Ed  
4．3．5 非对称光学系统中的三级畸变 195 MzsDWx;eJ  
4．4 非旋转对称光学系统的多节点五级像差：球差 197 d@pD5n=m;  
4．4．1 非旋转对称光学系统像差概述 197 Ab -uK|<  
4．4．2 非旋转对称光学系统的五级像差 198 N54U [sy  
4．4．3 五级像差的特征节点行为：球差族包括的各项 199 ?AX./LI  
参考文献 203 em<(wJ-Y  
第5章 光学自由曲面的应用 205 jR\&2;T  
5．1 光学自由曲面概述 205 F))+a&O  
5．2 参数曲线和曲面 206 Z1u{.^~^z  
5．2．1 曲线和曲面的参数表示 206 +mE y7qM  
5．2．2 参数曲线的代数和几何形式 210 He. gl  
5．3 Bézier曲线与曲面 212 nRN&
u4  
5．3．1 Bézier曲线的数学描述和性质 212 YY{S0jnhF  
5．3．2 Bézier曲面 215 )P@t,mxW/  
5．4 B样条（B-spline）曲线与曲面 217 s2riayM9/  
5．4．1 B样条曲线的数学描述和性质 217 "'-f?kZ  
5．4．2 B样条曲线的性质 219 0Z8K+,'!  
5．4．3 B样条曲面的表示 220 !6\{q M  
5．5 双三次均匀B样条曲面 221 ^KhA\MzY  
5．5．1 B 样条曲面 221 Af1mTbf=  
5．5．2 双三次均匀B样条曲面的矩阵公式 223 l~Hs]*jm  
5．6 非均匀有理B样条（NURBS）曲线与曲面 224 i}N'WV`!  
5．6．1 NURBS曲线与曲面 224 y} AkF2:  
5．6．2 NURBS曲线的定义 224 ZY+NKb_  
5．6．3 NURBS表示 226 $0V<wsVM  
5．6．4 非均匀有理B样条曲面 228 8v\BW
^z3  
5．7 Coons曲面 229 1XUsr;Wz  
5．7．1 基本概念 229 Y~hBVz2g  
5．7．2 双线性Coons曲面 230 G+[hE|L~y  
5．7．3 双三次Coons曲面 231 K/KZ}PI-O  
5．8 自由曲面棱镜光学系统 232 _n@#Lufx  
5．8．1 自由曲面棱镜概述 232 _CDUUr  
5．8．2 矢量像差理论及初始结构确定方法 233 6pM[.:TM   
5．8．3 自由曲面棱镜设计 236 A#RA;Dt:  
5．8．4 用光学设计软件设计含自由曲面的光学系统 238 IM|VGT0  
参考文献 239 W'eF | hu  
第6章 共形光学系统 241 b;`gxXeL  
6．1 概述 241 q3TAWNzI0  
6．1．1 共形光学系统的一般要求 241 &z8@ rk|  
6．1．2 共形光学系统的主要参量 244 .Ebg>j:\  
6．1．3 共形光学系统中的像差校正 250 R2yiExw<  
6．1．4 共形光学系统实际应用须考虑的问题 252 7RM$%'n\  
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 PsMoH/+"  
6．2．1 椭球面几何特性分析 253 %WiDz0o  
6．2．2 椭球整流罩的几何特性 256 ^.aFns{wv  
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 n.n;'p9t@  
6．3 基于Wassermann-Wolf方程的共形光学系统设计 259 e82SG8#]  
6．3．1 共形光学系统解决像差动态变化的方法概述 259 a` A V  
6．3．2 共形光学系统的像差分析 260 b/HhGA0  
6．3．3 Wassermann-Wolf非球面理论 261 4\a KC%5  
6．3．4 利用Wassermann-Wolf原理设计共形光学系统 265 v\PqhIy"  
6．4 折/反射椭球形整流罩光学系统的设计 268 @ U xO!  
6．4．1 折/反射椭球形整流罩光学系统的设计原则 269 [N
bs{f^J=  
6．4．2 椭球形整流罩像差分析 269 {Y6U%HG{{r  
6．4．3 两镜校正系统初始结构设计原理 269 u6Fm qK]Dj  
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 b1JXC=*@  
6．4．5 设计结果 275 nh"nSBRxk  
6．5 共形光学系统的动态像差校正技术 276 \]dx;,T  
6．5．1 共形光学系统的固定校正器 276 5P-7"g ca  
6．5．2 弧形校正器 278 X*hY?'Rp  
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 o8;>E>;  
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 WcqQR))n  
6．6．1 二元光学元件的光学特性 284 uOUgU$%zqH  
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 4<[,"<G~3  
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 P|HxD0c^u  
6．6．4 折/衍混合消热差共形光学系统的设计 291 #pO=\lJ
,  
6．7 利用自由曲面进行微变焦共形光学系统设计 295 k/o"E  
6．7．1 自由曲面进行微变焦共形光学系统的特点 295 Ndq/n21j  
6．7．2 利用自由曲面的像差校正方法 295 L"{qF<@V7&  
6．8 基于实际光线追迹的共形光学系统设计概述 298 >uT,Z,7O  
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 WyciIO1  
6．8．2 实际光线追迹方法概述 299 ~Gm<F .(+  
参考文献 302 nb d
m@  
第7章 非成像光学系统 308 AGu#*,K  
7．1 引言 308 $X<O\Kna  
7．1．1 太阳能热发电技术简介 308 "`HkAW4GZa  
7．1．2 太阳能光伏发电 311 'Dw+k;RH  
7．1．3 照明非成像光学 312 2*;qr|h,  
7．2 非成像光学概述 314 @i2"+_}*  
7．2．1 非成像会聚器特性 314 "g27|e?y  
7．2．2 光学扩展不变量 314 z,dh?%H>X  
7．2．3 会聚度的定义 315 VZuluV  
7．3 会聚器理论中的一些几何光学概念 316 E| eEAa  
7．3．1 光学扩展量的几何光学概念 316 !Q[j;f   
7．3．2 在成像光学系统中像差对会聚度的影响 317 Y\s
 ge  
7．3．3 光学扩展量（拉氏不变量）和相空间的广义概念 318 z5.Uv/n\1  
7．3．4 斜不变量 320 ov;1=M~RF  
7．4 非成像光学的边缘光线原理 322 h [*/Tnr  
7．4．1 边缘光线原理 322 'kBg3E$y  
7．4．2 边缘光线原理应用――“拉线”方法 322 H.ha}0J  
7．5 复合抛物面会聚器（CPC） 324 |pLx,#n  
7．5．1 光锥会聚器 324 >,%or cN  
7．5．2 复合抛物面会聚器（CPC）概述 324 eka<mq|W  
7．5．3 复合抛物面会聚器的性质 326 >_XC  
7．5．4 增加复合抛物面会聚器的最大会聚角 328
bmCp:
6  
7．6 同步多曲面设计方法 331 |ppG*ee  
7．6．1 SMS方法设计会聚器概述 331 RvQa&r5l  
7．6．2 一个非成像透镜的设计：RR会聚器 332 7s
lpj8  
7．6．3 XR会聚器 335 P=3mLz-  
7．6．4 RX会聚器 337 9-:\ NH^;  
7．7 XX类会聚器 340 OHRkhwF.  
7．7．1 XX类会聚器的原理 340 lo!^h]iE!  
7．7．2 RX1会聚器 341 '#<4oW\]  
7．7．3 RX1会聚器的三维分析 341 tKS'#y!R  
7．8 非成像光学用于LED照明 343 s#Ayl]8r  
7．8．1 边缘光线扩展度守恒原理和控制网格算法 344 w?#s)z4}g  
7．8．2 LED的非成像光学系统设计实例 346 SG$V%z"e  
7．8．3 大范围照明光源设计（二维给定光分布设计） 347 e|-&h `[  
7．9 非成像光学用于LED均匀照明的自由曲面透镜 348 deLLqdZa  
7．9．1 均匀照明的自由曲面透镜概述 348 r=}v` R&  
7．9．2 LED浸没式自由曲面透镜设计方法 349 '[WVP=M<XV  
7．9．3 设计示例 351 {,NF'x4$  
参考文献 353 b-8}TTL>  
第8章 光电光学系统中紧凑型照相光学系统设计 356 r>ziQq8C&  
8．1 概述 356 hs^K9Jt  
8．1．1 数码相机的组成 356 %eOO8^N  
8．1．2 数码相机中图像传感器CCD和CMOS的比较 357 0RZ[]:(  
8．1．3 数码相机的分类 359 {,+{,Ere  
8．1．4 数码相机的光学性能 364 UaCfXTG  
8．1．5 数码相机镜头的分类和特点 365 T W#s)iDi  
8．2 数码相机镜头设计示例 367 0u) m9eg  
8．2．1 球面定焦距镜头设计示例 367 }3O 0nab  
8．2．2 非球面定焦距镜头设计示例 370 AZ.$g?3w  
8．3 变焦距镜头设计示例 372 2A=q{7s  
8．3．1 变焦透镜组原理 373 3N[Rrxe2  
8．3．2 非球面变倍镜头初始数据 373 *fCmZ$U:{  
8．3．3 折叠式（潜望式）变焦镜头示例 376 Gf=3h4  
8．4 手机照相光学系统 378 O!G!Gq&  
8．4．1 手机照相光学系统概述 378 (b;Kl1Ql]  
8．4．2 两片型非球面手机物镜设计示例 379 @}\i`H1s  
8．4．3 三片型手机物镜设计 382 xyD2<?dGUb  
8．5 手机镜头新技术概述 385 5>6:#.f%!e  
8．5．1 自由曲面在手机镜头中的应用 385 G^|!'V  
8．5．2 液体镜头 385 k{F]^VXQ  
8．6 鱼眼镜头概述 388 a[_IG-l|i4  
8．6．1 鱼眼镜头是“仿生学的示例” 388 ~^TH5n  
8．6．2 鱼眼镜头基本结构的像差校正 390 `r'$l<(4WV  
8．6．3 鱼眼镜头基本光学结构的演变 391 F|jl=i  
8．6．4 鱼眼镜头的发展 391 \483S]_-z{  
8．6．5 鱼眼镜头的光学性能 393 bj6;>Ezp3(  
8．6．6 光阑球差与入瞳位置的确定 396 
eo*l^7  
8．6．7 光阑彗差与像差渐晕 398 a]/KJn/B(  
8．6．8 鱼眼镜头示例与投影方式比较 399 B:Y F|k}T  
参考文献 402 e9RH[:  
第9章 光学系统焦深的扩展与衍射极限的突破 405 xtBu]I)%  
9．1 概述 405
PI.Zd1r  
9．1．1 扩展焦深概述 405 ,j6R/sg  
9．1．2 超衍射极限近场显微术概述 409 @>,GCuPrm  
9．1．3 远场超分辨成像 418 %*NED zy  
9．2 光学成像系统景深的延拓 420 [l/!&6  
9．2．1 景深延拓概述 420 jF-:e;-  
9．2．2 延拓景深的方形孔径相位模板 425 .07"I7  
9．2．3 增大景深的圆对称相位模板 438 _N {4Rs0  
9．3 多环分区圆对称相位模板设计 442 [D+,I1u2h  
9．3．1 多环分区圆对称相位模板的概念 442 8_VGB0~3i  
9．3．2 多环分区圆对称相位模板对应系统的特性 448 I7wR[&L885  
9．3．3 圆对称相位模板成像系统的优缺点 450 Uc,MZV4  
9．3．4 初级像差的影响以及延拓景深图像的复原 451 k;B[wEW@  
9．3．5 延拓景深相位模板系统的图像复原与其光学成像系统的光学设计 456 ;W T<]  
9．3．6 延拓景深光学成像系统的光学设计 460 C :An  
9．4 轴锥镜（axicon）扩展焦深 468 y/E:6w  
9．4．1 轴锥镜 468 h'HI92; [  
9．4．2 小焦斑长焦深激光焦点的衍射轴锥镜的设计 476 182g6/,  
9．5 近场光学与近场光学显微镜 478 3G[|4v?[<_  
9．5．1 近场光学概念 478 ^TD%l8o6  
9．5．2 近场扫描光学显微镜（NSOM） 482 ]>Ym   
9．6 扫描探针显微镜 488 ;\v&4+3S  
9．6．1 与隧道效应有关的显微镜 489 xL*J9&~iG  
9．6．2 原子力显微镜（AFM） 491 ;mYZ@g%e  
9．6．3 扫描力显微镜（SFM） 495 h w^ V  
9．6．4 检测材料不同组分的SFM技术 498 5E]
iv^q%  
9．6．5 光子扫描隧道显微镜（PSTM） 499 *MS$C$HOq  
9．7 原子力显微镜 504 gW<6dP'v  
9．7．1 原子力显微镜的基本组成 504 Lk!m1J5  
9．7．2 近场力 505 dk^jv +  
9．7．3 微悬臂力学 507 O,Tp,wT  
9．7．4 AFM探测器信号 508 Rc:}%a%e  
9．7．5 原子力显微镜的测量模式 509 suzK)rJ9i  
9．7．6 原子力显微镜检测成像技术 512 HUMy\u84H  
9．7．7 AFM的优点和正在改进之处 513 Qd~z<U l  
9．7．8 电力显微镜（EFM） 513 H~TuQ  
9．8 远场超高分辨率显微术 516 SXP(C^?C  
9．8．1 远场超高分辨率显微术概述 516 .'&pw}F  
9．8．2 4Pi显微镜 517 tfe]=_U  
9．8．3 3D随机光学重建显微镜（STORM） 519 2WDe34   
9．8．4 平面光显微镜（SPIM）基本原理 520 [-VK!9pQ  
9．8．5 福斯特共振能量转移显微镜（FRETM） 521 w\MWr+4  
9．8．6 全内反射荧光显微镜（TIRFM） 522 g^Hf^%3xP  
9．9 衍射光学组件用于扫描双光子显微镜的景深扩展 524 B~^*@5#0|  
9．9．1 远场超分辨显微镜扩展焦深概述 524 >|c?ZqW  
9．9．2 扩展焦深显微光学系统设计 525 %*szB$[3  
9．9．3 扫描双光子显微成像系统的扩展景深实验 528 D+v?zQw  
参考文献 532 n 7i5A:  
第10章 自适应光学技术应用概述 542 #6vf:94  
10．1 引言 542 up+0-!AH  
10．1．1 自适应光学技术的发展 542 1a/C(4_k  
10．1．2 自适应光学系统 544 eM{u>n+`F0  
10．1．3 自适应光学应用技术 545 v$0|\)E)  
10．1．4 自适应光学在相控阵系统中的应用 547 =^GPQ_"  
10．1．5 高能激光相控阵系统简介 549 AmHj\NX$  
10．2 自适应光学系统原理 553 ]E-3/r$_cO  
10．2．1 自适应光学概念 553 g5y`XFY  
10．2．2 共光路/共模块自适应光学原理及衍生光路 557 pbEWnx_  
10．3 自适应光学系统的基本组成原理和应用 569 :o'|%JE  
10．3．1 波前传感器 569 Ea&NJ]& g  
10．3．2 波前校正器 578 6`7tTn?n  
10．3．3 波前控制器及控制算法 584 .CnZMw{'  
10．3．4 激光导星原理及系统 589 Ovc9x\N  
10．4 天文望远镜及其自适应光学系统 601 9DJ&J{2W  
10．4．1 2．16 m望远镜及其自适应光学系统 601 VsJ+-IHm  
10．4．2 37单元自适应光学系统 608 ;&n
iZKoe  
10．4．3 1．2 m望远镜61单元自适应光学系统 612 =y-yHRC7  
10．5 锁相光纤准直器的自适应阵列实验系统 620 O-HS)g$2  
10．5．1 概述 620 <!g]q1  
10．5．2 光纤准直器的自适应阵列中的反馈控制 626 ~CT]&({  
10．6 阵列光束优化式自适应光学的原理与算法 631 +Eh.PWEe  
10．6．1 光学相控阵技术基本概念 631 nKzm.D gt_  
10．6．2 优化算法自适应光学 633 41Z@_J|&  
10．6．3 阵列光束优化式自适应光学的原理与发展 634 Cyd/HTNh<  
10．6．4 阵列光束优化式自适应光学算法 635 bJetqF6n  
10．7 自适应光学技术在自由空间光通信中的应用 642 t 86w&  
10．7．1 自由空间光通信概述 642 {N
>ju  
10．7．2 自由空间光通信系统概述 643 e2v`   
10．7．3 一些自由空间光通信的示例 649 J/'Fj?
 
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 OA*O =
 
10．7．5 无波前传感自适应光学（AO）系统 656 W]#w4Fp!  
10．8 自由空间激光通信终端系统原理 659 W,NqevXo:  
10．8．1 终端系统结构和工作原理 659 e)wi}\:q_  
10．8．2 激光收发子系统 660 uUg;v/:  
10．8．3 捕获跟踪瞄准（ATP）子系统 662 %Y%r2  
10．8．4 光学平台子系统 662 WI4<2u;  
10．8．5 卫星终端系统概述 666 w.w{L=p:<"  
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 nf^?X`g  
10．9 自适应光学技术的其他典型应用举例 675 pe vXixl  
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 B;eka[xU  
10．9．2 自适应光学用于月球激光测距 679 )][U6
e  
10．9．3 自适应光学系统在战术激光武器中的应用简介 682 q@~g.AMCB  
10．9．4 自适应光学在医学眼科成像中的应用 689 4WvW11q8U  
参考文献 696 T8a' 6otc  
第11章 微纳投影光刻技术导论 711 f~T7?D0u}N  
11．1 引言 711 >9!J?HA  
11．2 光刻离轴照明技术 717 r@3-vLI!u  
11．3 投影光刻掩模误差补偿 721 9 Gd6/2  
11．4 投影光刻相移掩模 728 ##6\~!P  
11．5 电子投影光刻（EPL） 735 3~T ~Bs  
11．6 离子束曝光技术 750 m;~}}~&vQ  
11．7 纳米压印光刻（NIL）技术 754 >^~^
#MT  
参考文献 761 ?4%H(k5A  
第12章 投影光刻物镜 769 WVRIq'  
12．1 概述 769 kScZP8yw  
12．1．1 光刻技术简介 769 c'i5,\#X  
12．1．2 提高光刻机性能的关键技术 769 g %mCgP  
12．1．3 ArF光刻机研发进展 771 |-x-CSN  
12．1．4 下一代光刻技术的研究进展 772 i8V\x>9  
12．2 投影光刻物镜的光学参量 772 a2B71RT~  
12．2．1 投影光刻物镜的光学特征 772 E%bhd4$G  
12．2．2 工作波长与光学材料 774 ksC_F8Q+  
12．3 投影光刻物镜结构形式 784 3<&:av3  
12．3．1 折射式投影物镜结构形式 784 ~D9Cu>d9  
12．3．2 折射式光刻投影物镜 785 UON=7}=$&  
12．3．3 深紫外（DUV）投影光刻物镜设计要求 786 9>&zOITTaL  
12．3．4 深紫外（DUV）非球面的投影光刻物镜 786 QMBT8x/+_'  
12．3．5 光阑移动对投影光刻物镜尺寸的影响 787 Mwnr4$]  
12．4 光刻物镜的像质评价 788 OM[MRZEh G  
12．4．1 波像差与分辨率 788 `-uE(qp  
12．4．2 基于Zernike多项式的波像差分解 791 d$3rcH1  
12．4．3 条纹Zernike多项式的不足与扩展 794 Ncz
4LKzt  
12．5 运动学安装机理与物镜像质精修 795 p[C"K0>:_F  
12．5．1 运动学安装机理 795 W_2;j)i  
12．5．2 物镜像质精修 796 9VxM1-8Gs  
12．5．3 投影光刻物镜的像质补偿 796 h.X4x2(.  
12．6 进一步扩展NA 801 :EV.nD7  
12．6．1 用Rayleigh公式中的因子扩展NA 801 9,'m,2%W  
12．6．2 非球面的引入 802 pq{`WgA^  
12．6．3 反射光学元件的引入 802 G$>?UQ[  
12．6．4 两次曝光或两次图形曝光技术 803 RxMsP;be  
12．7 浸没式光刻技术 803 ie6c/5  
12．7．1 浸没式光刻的原理 803 Xj\ToO  
12．7．2 浸没液体 804 @wcF#?J  
12．7．3 浸没式大数值孔径投影光刻物镜 805 WiytHuUF  
12．7．4 偏振光照明 806 b]]
8Vs)'  
12．7．5 投影光刻物镜的将来趋势 808 W<)P@_+-  
12．8 极紫外（EUV）光刻系统 810 0(7 IsG=t  
12．8．1 极紫外（EUV）光源 810 77@N79lqO  
12．8．2 EUVL（extreme ultraviolet lithography）投影光刻系统的主要技术要求 813 m=01V5_  
12．8．3 两镜EUV投影光刻物镜 815 BX?DI-o^h  
12．8．4 ETS 4镜原型机 819 *DPX4P  
12．9 EUVL6镜投影光学系统设计 820 *SNdU^!  
12．9．1 非球面6镜投影光学系统结构 820 h9Far8}  
12．9．2 分组设计法――渐进式优化设计6片（22 nm技术节点） O=2|'L'h!  
反射式非球面投影光刻物镜 821 ,s~l; Gkj  
12．9．3 EUVL照明系统设计要求 825 13s/m&  
12．10 鞍点构建方法用于光刻物镜设计 827 x]c8?H9,&  
12．10．1 构建鞍点的价值函数的基本性质 827 N_c44[z1  
12．10．2 鞍点构建 828 2$Mnwxfk  
12．10．3 DUV光刻物镜的枢纽 830 <c}@lj-j  
12．10．4 深紫外（DUV）光刻物镜设计举例 832 ({!!b"B2  
12．10．5 用鞍点构建方法设计EUV投影光刻系统 835 XR+ SjCA  
12．10．6 极紫外（EUV）光刻物镜举例 836 $.jGO!  
12．10．7 鞍点构建设计方法中加入非球面设计概述 837 =K`.$R  
参考文献 840 iqDyE*a  
第13章 表面等离子体纳米光子学应用 850 Wzl/ @CPM  
13．1 表面等离子体概述 850 QXkA%'@'  
13．1．1 表面等离子体相关概念 850 *C*ZmC5  
13．1．2 表面等离子体激发方式 852 |C4fg6XDL  
13．2 SPP产生条件和色散关系 854 IIR+qJ__|  
13．2．1 电荷密度波（CWD）与激发SPP的条件 854 ~qgh
w@Q~  
13．2．2 介电质/金属结构中典型的SPP色散曲线 856 8TP$?8l  
13．3 SPP的特征长度 858 Yj
&Sb  
13．3．1 概述 858 XZ%,h  
13．3．2 SPP的波长λSPP 859 [Fr](&Tx  
13．3．3 SPP的传播距离δSPP 860 |owr?tC  
13．3．4 实验 862 Ooz,?wU6  
13．3．5 SPP场的穿透深度δd和δm 863 E'LI0fr  
13．4 SPP的透射增强 864 Q>{$Aqc,e  
13．4．1 透射增强 864 b&rBWp0#  
13．4．2 围绕单孔的同心环槽状结构 865 B#V""[Y9  
13．4．3 平行于单狭缝的对称线性槽阵列 866 #kC~qux^  
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 rwq   
13．5．1 超透镜的构成 867 ;_cTrjMv\  
13．5．2 银超透镜 868 =d{6=2Pt  
13．5．3 银超透镜成像实验 869 *igmi9A  
13．6 SPP纳米光刻技术 870 $@z77td3  
13．6．1 表面等离子体共振干涉纳米光刻技术 870 ?6:qAFw  
13．6．2 基于背面曝光的无掩模表面等离子体激元干涉光刻 871 P~\rP6 ;  
13．6．3 在纳米球―金属表面系统中激发间隙模式用于亚30 nm表面等离子体激元光刻 873 ZexC3LD"  
13．6．4 用介电质―金属多层结构等离子体干涉光刻 875 ZE=sw}=  
13．7 高分辨率并行写入无掩模等离子体光刻 879 *O_fw 0jV  
13．7．1 无掩模等离子体光刻概述 879 z0}j7n
s]  
13．7．2 传播等离子体（PSP）和局域等离子体（LSP） 879 Ugri _  
13．7．3 纳米等离子体光刻渐进式多阶聚焦方案 880 CQWXLQED>  
参考文献 885 uFWA] ":is  
第14章 干涉技术与光电系统 892 W[&nQW$E  
14．1 概述 892 k$kE5kh,S  
14．1．1 经典干涉理论 892 roS" q~GS,  
14．1．2 光的相干性 893 oYu xkG  
14．1．3 常用的激光器及其相干性 894 FSEf0@O:  
14．2 传统干涉仪的光学结构 897 *wTX  
14．2．1 迈克尔逊（Michelson）干涉仪 897 l?m"o-Gp3  
14．2．2 斐索（Fizeau）干涉仪 898 W2
2S/s  
14．2．3 泰曼-格林（Twyman-Green）干涉仪 899 /!H24[tnk1  
14．2．4 雅敏（Jamin）干涉仪 900 );0  
14．2．5 马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉仪 901 ,XT,t[w  
14．3 激光干涉仪的光学结构 901 JQM_9
6\  
14．3．1 激光偏振干涉仪 902 "|3I|#s  
14．3．2 激光外差干涉仪 904 ..`c# O&  
14．3．3 半导体激光干涉仪光学系统 906 B[uyr)$  
14．3．4 激光光栅干涉仪光学系统 907 >#
G%2Vp  
14．3．5 激光多波长干涉仪 912 QEJu.o  
14．3．6 红外激光干涉仪 916 i-CJ{l  
14．3．7 双频激光干涉仪 919 [7@blU  
14．4 波面与波形干涉系统光学结构 921 (ks>F=vk*  
14．4．1 棱镜透镜干涉仪光学系统 922 1mmL`M1  
14．4．2 波前剪切干涉仪 923 kORWj<  
14．4．3 三光束干涉仪与多光束干涉仪 926 @8W@I|  
14．4．4 数字波面干涉系统 928 6Ryc&z5  
14．4．5 锥度的干涉测量光学结构 930 ']nI
a7  
14．5 表面微观形貌的干涉测量系统 931 oKn$g[,SJh  
14．5．1 相移干涉仪光学结构 931 N?@^BZ  
14．5．2 锁相干涉仪光学结构 931 9~UR(Ts}l  
14．5．3 干涉显微系统光学结构 933 31G:[;g  
14．5．4 双焦干涉显微镜光学结构 936 $wM..ee  
14．6 亚纳米检测干涉光学系统 937 B /;(#{U;  
14．6．1 零差检测干涉系统 937 g}+|0FTV  
14．6．2 外差检测干涉系统 939 XC3)#D#HGh  
14．6．3 自混频检测系统 940 L0![SE>  
14．6．4 自适应检测系统 942 q-z1ElrN7u  
14．7 X射线干涉仪系统光学结构 943 V>Jr4z  
14．7．1 X射线干涉仪的特点 943 IUOf/mM5  
14．7．2 X射线干涉仪的原理 944 WM+8<|)n  
14．7．3 X射线干涉仪的应用 944 ,l&?%H9q  
14．8 瞬态光电干涉系统 945 .BPd06y  
14．8．1 瞬态干涉光源 945 MXSD8]
je  
14．8．2 序列脉冲激光的高速记录 946 vsI;ooR>  
14．9 数字全息干涉仪光学结构 948 |<{SSA  
14．10 光纤干涉光学系统 952 vC,FE )'  
14．10．1 光纤干涉基本原理 952 ?A@y4<8R|  
14．10．2 光纤干涉光学系统结构 952 12^uu)6Xm,  
14．10．3 Sagnac干涉仪：光纤陀螺仪和激光陀螺仪 957 6[t<g=  
14．10．4 微分干涉仪光学结构 959 NCk-[I?R  
14．10．5 全保偏光纤迈克尔逊干涉仪光学结构 961 ranem0KQ)]  
14．10．6 三光束光纤干涉仪光学结构 962 v6)QLp
 
14．10．7 全光纤白光干涉仪光学结构 963 ' #K@%P  
14．10．8 相位解调技术 965 "W5MZ  
参考文献 969 g=td*S  
第15章 光电光谱仪与分光光学系统设计 972 8>x5
|  
15．1 光谱与光谱分析概述 972 W1)SgiXnuy  
15．1．1 光谱的形成和特点 972 H r:*p6  
15．1．2 光谱仪器 975 URVW5c  
15．1．3 光谱分析 977 'pA%lc)  
15．2 光电光谱仪器的色散系统 978 qK'mF#n0#  
15．2．1 棱镜系统 978 j"jssbu}  
15．2．2 平面衍射光栅 983 />xEpR3_A  
15．2．3 凹面衍射光栅 989 e,OXngC  
15．2．4 阶梯光栅 992 :O
u~?q%X  
15．3 光电光谱仪器的光学系统设计 993 $@VJ@JAe  
15．3．1 常用的光谱仪器光学系统 993 OXLB{|hH80  
15．3．2 光谱仪器光学系统的初级像差 994 /[6wm1?!  
15．3．3 光谱仪器光学系统的像差校正 997 xiW}P% bf  
15．3．4 反射式准直和成像系统的像差 998 7O)ATb#up  
15．3．5 常用平面光栅装置类型 1001 ~T}D#}  
15．3．6 凹面光栅光谱装置光学系统 1007 #Shy^58$  
15．4 典型光电光谱仪器光学系统设计 1008 7Ydqg&  
15．4．1 摄谱仪和光电直读光谱仪光学系统设计 1008 .EhC\QpP  
15．4．2 单色仪和分光光度计光学系统设计 1015 *l d)nH{  
15．4．3 干涉光谱仪光学系统设计 1027 W<<G  'Km  
15．5 激光光谱仪光学系统设计 1030 iB0r+IbR  
15．5．1 激光光谱仪 1030 nWelM2  
15．5．2 傅里叶变换光谱仪光学系统设计 1032 Z(:\Vj"  
15．5．3 光谱成像仪光学系统设计 1039 z\v  
参考文献 1042 -F`gRAr-  
第16章 光波的偏振态及其应用 1043 ,U9j7E<4  
16．1 光波的偏振态 1043 *`OXgkQ  
16．1．1 椭圆偏振电磁场 1044 yMW3mx301j  
16．1．2 线偏振和圆偏振电磁场 1045 t_^cqEr  
16．1．3 偏振光的描述 1046 Rs<S}oeLn  
16．1．4 偏振光的分解 1051 q!&:y7O8  
16．1．5 琼斯矩阵与穆勒矩阵（Mueller matrix） 1052 gB#!g@  
16．2 偏振光学元件 1056 G,A?yM'Vw  
16．2．1 偏振片 1056 e[k\VYj[  
16．2．2 偏振棱镜 1062 C
dl"TZ<  
16．2．3 退偏器 1067 4=q4_ \_T  
16．3 偏振棱镜设计与应用示例 1070 >$}Mr%49  
16．3．1 偏振耦合测试系统中偏振棱镜的设计 1070 fe4/[S{a   
16．3．2 高透射比偏光棱镜 1073 W[QgddR  
16．3．3 高功率YVO4晶体偏振棱镜 1075 MeD/)T{G~  
16．4 相位延迟器 1077
nkq{_;xp  
16．4．1 相位延迟器概述 1077 ?z`yNx6  
16．4．2 双折射型消色差相位延迟器 1078 -0(+a$P7e  
16．4．3 全反射型消色差相位延迟器原理 1080 >a@1y8B  
16．5 偏振光学用于水下成像 1085 ^p4`o>  
16．5．1 斯托克斯（Stokes）矢量法 1085 1 =?pL$+G  
16．5．2 水下偏振图像采集光学系统的设计 1088 qUe2(/TQu  
16．5．3 斯托克斯图像的测量方案 1091 /_<_X 7  
16．6 椭圆偏振薄膜测厚技术 1095 k5&}bj-  
16．6．1 薄膜测量方法概述 1095 \ bNDeA&l  
16．6．2 椭偏测量技术的特点和原理 1096 AJ 0Bb7  
16．6．3 椭偏测量系统类型 1097 Gyu =}  
16．6．4 干涉式椭偏测量技术 1100 #~*v*F~3  
16．6．5 外差干涉椭圆偏振测量原理及光学系统 1102 $LR~c)}1I  
16．6．6 外差椭偏测量仪 1106 "`K73M,c?9  
16．7 基于斯托克斯矢量的偏振成像仪器 1109 B%Oi1bO  
16．7．1 斯托克斯矢量偏振成像仪器概述 1109 Jv2V@6a(  
16．7．2 多角度偏振辐射计 1114 3rh t5n2-  
16．8 共模抑制干涉及其应用 1118 g7%vI8Y)@  
16．8．1 共模抑制干涉技术概述 1118 t2ui9:g4j  
16．8．2 偏振光在零差激光干涉仪中的应用 1122 n\JSt}A  
16．8．3 利用偏振干涉原理测量表面粗糙度的方法 1126 Z1H  
16．8．4 光功率计分辨率对测量结果的影响 1130 o) eW5s,6  
16．8．5 在线测量表面粗糙度的共光路激光外差干涉仪 1132 Xa8_kv_  
参考文献 1134 =a
T8=ihP  
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