Basics of Interferometry, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:P. Hariharan

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2006-10

价格:616.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780123735898

丛书系列:

图书标签:

Interferometry
Optics
Physics
Measurement
Science
Engineering
Instrumentation
Second Edition
Basics
Tutorial

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Optical interferometry is used in communications, medical imaging, astonomy, and structural measurement. With the use of an interferometer engineers and scientists are able to complete surface inspections of micromachined surfaces and semiconductors. Medical technicians are able to give more consise diagnoses with the employ of interferometers in microscopy, spectroscopy, and coherent tomography. Originating from a one-day course, this material was expanded to serve as an introduction to the topic for engineers and scientists that have little optical knowledge but a need for more in their daily work lives. The need for interferometry knowledge has crossed the boundaries of engineering fields and Dr. Hariharan has written a book that answers the questions that new practitioners to interferometry have and haven't even thought of yet. This new edition includes complete updates of all material with an emphasis on applications. It also has new chapters on white-light microsopy and interference with single photons.

*Outstanding introduction to the world of optical interferometry with summaries at the begining and end of each chapter, several appendices with essential information, and worked numerical problems *Practical details enrich understanding for readers new to this material *New chapters on white-light microscopy for medical imaging and interference with single photons(quantum optics)

光学测量技术新视野：从基础原理到前沿应用一本深入探讨现代光学测量与传感技术核心概念的权威著作图书简介本书旨在为读者构建一个全面而深入的现代光学测量与传感技术的知识体系。它并非仅仅停留在基础理论的罗列，而是通过严谨的数学推导和丰富的工程实例，清晰地阐释了光与物质相互作用的基本物理机制，并在此基础上系统地介绍了多种先进的测量方法及其在不同学科和工业领域中的实际应用。全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了光学测量的基础光学原理、关键技术及其在精密工程、生命科学、材料科学等领域的最新发展。第一部分：光学测量的基石——基础理论与物理机制本部分着重于建立读者对光学测量现象背后物理规律的深刻理解。我们从电磁波理论出发，回顾了光的波动性和相干性在测量中的核心作用。详细阐述了光波的传播、衍射和散射现象，这些是所有光学测量系统的物理基础。 1.1 光的波动性与相干性：测量的本质本章深入剖析了光波的矢量特性及其在传播过程中的演化。重点讨论了时间相干性和空间相干性，它们是实现干涉测量的先决条件。通过对傅里叶光学原理的详尽讲解，读者将掌握如何通过频谱分析来理解和设计光学系统，特别是对于成像和波前整形至关重要的方法。此外，本节还讨论了光场中的噪声源，包括散粒噪声和环境噪声，并提供了量化这些噪声并优化信噪比的分析工具。 1.2 几何光学与光束传播虽然本书的核心在于波动光学，但几何光学在系统设计和初步分析中仍然不可或缺。本章简要回顾了透镜、反射镜等基本光学元件对光路的影响，并引入了光束传播的矩阵方法。核心内容聚焦于高斯光束的理论，这是激光束在自由空间和通过光学系统传播的标准模型。读者将学习如何精确计算光束的束腰、瑞利长度以及光束的发散角，这对设计高分辨率的干涉仪和耦合系统至关重要。 1.3 光与物质的相互作用理解待测量的物理属性如何调制光波是光学测量的关键。本章详细探讨了光与材料的相互作用，包括吸收、反射、折射和散射。特别关注了双折射、圆二色性等偏振相关的现象，这些是进行材料内部结构分析和应力测量的基础。此外，本节还引入了非线性光学效应的初步概念，为后续介绍的先进传感技术奠定理论基础。第二部分：核心测量方法——干涉原理与应用本部分是全书的核心，系统地介绍了基于光的干涉现象所实现的各种精密测量技术。重点在于从理论上解构不同类型的干涉仪，并分析其在实际应用中的优势与局限性。 2.1 基本干涉仪的结构与分析详细分析了迈克尔逊干涉仪、萨尼亚克干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理。对于每种干涉仪，都给出了其条纹形成方程，并解释了光程差（OPD）如何与被测物理量（如位移、距离、折射率变化）相关联。特别强调了如何通过条纹的移动、亮度的变化或相位的测量来实现高灵敏度的检测。 2.2 相位测量技术现代光学测量越来越依赖于对光波相位的精确提取，而非仅仅是光强度的测量。本章详细介绍了多种先进的相位测量技术：相移干涉测量法 (Phase-Shifting Interferometry, PSI): 阐述了如何通过对参考臂或物体本身引入精确已知的相位变化，利用多幅图像的强度信息，通过算法精确解调出相位信息。讨论了算法的鲁棒性、周期性误差的校正以及对探测器非线性的敏感性。傅里叶变换光谱法 (FT-Spectral Interferometry): 介绍如何通过分析反射或透射光束的光谱，利用傅里叶变换反演出光程差信息，特别适用于测量光源带宽有限的系统。 2.3 轮廓测量与表面形貌分析利用干涉技术进行三维表面形貌重构是精密工程制造中的核心需求。本章深入探讨了以下方法：条纹投影法 (Fringe Projection): 讲解了如何通过投射已知图案的光栅到待测物体上，通过分析物体表面反射光栅的畸变来计算其三维坐标。详细分析了相位展开（Phase Unwrapping）过程中的困难与解决方法，如多频外差法。共聚焦显微技术 (Confocal Microscopy): 虽然不完全是纯粹的干涉测量，但其基于光学截面的原理与光场聚焦密切相关。本章解释了共聚焦系统的点扩散函数（PSF）特性，以及如何利用其实现高纵向分辨率的形貌测量。第三部分：先进传感与测量范式本部分将视野拓展到更复杂、更具挑战性的测量场景，介绍了如何将干涉和衍射原理与其他物理学概念相结合，实现对动态过程和复杂介质的实时、无损检测。 3.1 激光多普勒测量技术本章聚焦于利用光频移（多普勒效应）进行速度和位移的测量。详细讨论了激光多普勒测速（LDV）原理，尤其是在测量流体力学中的应用。引入了基于散斑（Speckle）的测量技术，如散斑相关分析，用于测量粗糙表面的微小位移和形变。 3.2 偏振光学与双折射测量偏振态的变化是探测材料内部结构变化的敏感探针。本章系统地分析了偏振元件（如波片和偏振片）对光波的作用，并介绍了如何利用偏振干涉仪来测量材料的应力分布、晶体缺陷以及生物组织的光学活性。重点讲解了 Mueller 矩阵和 Jones 矩阵在描述复杂偏振态变化中的应用。 3.3 传感网络与分布式测量随着传感技术的发展，将光学测量系统集成到大型网络中成为趋势。本章讨论了分布式光纤传感技术（如 Brillouin 和 Rayleigh 散射传感），这些技术能够沿光纤长度实现温度、应变或振动的连续监测。这要求读者理解散射光的时域和频域分析，以及如何从复杂背景信号中提取出有用的物理信息。第四部分：数据处理与系统优化高效可靠的光学测量系统不仅依赖于精密的硬件，更依赖于强大的数据处理能力和系统误差的校正。 4.1 图像处理与误差校正本章侧重于从采集到的原始数据到精确物理量之间的转换过程。讨论了噪声抑制技术（如数字滤波）、图像配准以及如何处理由于探测器非均匀性、照明不均等引入的系统误差。特别是对于干涉测量中的条纹模糊和高频噪声，提供了实用的数字信号处理方法。 4.2 系统设计与灵敏度分析在系统设计阶段，明确测量的理论极限和实际可达到的灵敏度至关重要。本章将灵敏度分析提升到理论高度，根据测量模型，推导出测量的不确定度（误差预算）。讨论了如何通过增加平均次数、优化光路设计以及使用更稳定的光源来突破衍射极限和散粒噪声限制，以期达到最优的测量性能。结论本书为工程师、研究人员和高年级学生提供了一个坚实的平台，使他们不仅能理解现有的光学测量工具，还能具备创新和开发下一代传感系统的能力。通过对理论的深入挖掘和对前沿应用的广泛覆盖，本书强调了光学测量作为一门交叉学科的强大潜力。