剪切干涉术及其进展

　　本书是一本光干涉领域论述剪切干涉术的专著。在全面介绍剪切干涉术的基本概况、理论与技术的基础上，系统描述了几种常用剪切干涉仪的工作原理、使用方法、解析运算及其各种基本应用，详细介绍了近30年来发展的不同相移剪切干涉术的实施技术与途径，几种剪切干涉波前重建理论、方法与实例，以及在现代高端光学领域中的应用实例及进展。书末附有制作和应用剪切干涉仪的若干参考资料。

　　徐德衍，等

序 前言 第1章 剪切干涉术概述 1 1.1 剪切干涉术的产生 1 1.2 剪切干涉术的发展简史 2 1.3 剪切干涉仪的特点 4 1.4 剪切干涉仪的应用概况 6 参考文献 7 第2章 光干涉的基本理论与技术 9 2.1 光的波动性及其数学描述 9 2.2 波动方程中特征量的基本概念与意义 11 2.2.1 波长、周期与频率 11 2.2.2 波速与光程 11 2.2.3 相位差与光程差 11 2.2.4 振幅与光强度 13 2.2.5 光强度与光程差 13 2.2.6 球面波与平面波 14 2.3 光的干涉现象与相干条件 15 2.3.1 光的干涉现象 15 2.3.2 相干条件 16 2.4 光干涉的普遍规律 17 2.4.1 光强分布公式的讨论 17 2.4.2 干涉图样的对比度 20 2.5 干涉条纹宽度与形状 20 2.5.1 条纹的线宽度与角宽度 20 2.5.2 干涉条纹的形状 22 2.5.3 干涉条纹的观测 24 2.6 分光方法与分光元件 25 2.6.1 三种分光方法 25 2.6.2 振幅分光法的膜层分配及其对对比度的影响 26 2.6.3 光栅分光元件 26 2.6.4 平行平板分光元件 27 2.6.5 立方棱镜分光镜 28 2.6.6 偏光分光镜 29 2.7 平板干涉及其重要性 30 2.7.1 平板干涉及其特点 30 2.7.2 平板干涉中光程差计算与讨论 32 2.7.3 平板的等厚干涉与等倾干涉 35 2.8 白光干涉 38 2.8.1 白光干涉现象及彩色干涉条纹图谱 38 2.8.2 白光干涉中的两个重要问题 39 2.9 剪切干涉的初步知识 41 2.9.1 引言 4 2.9.2 横向剪切干涉仪的基本原理与基本概念 41 2.9.3 波面剪切、倾角及条纹取向 44 2.10 剪切干涉仪中的白光光源与激光光源 45 参考文献 46 第3章 波前横向剪切干涉仪 47 3.1 引言 47 3.2 波前剪切干涉仪的主要类型与特点 47 3.2.1 波前横向剪切干涉仪 48 3.2.2 波前径向剪切干涉仪 48 3.2.3 波前旋转剪切干涉仪 51 3.2.4 波前翻转剪切干涉仪 53 3.2.5 不同类型干涉仪的图示说明 53 3.3 横向剪切干涉仪的基本原理 55 3.3.1 结构形式与干涉原理 56 3.3.2 波像差与干涉条纹的关系 57 3.3.3 几种像差的干涉图形表达式 58 3.3.4 关于色差的若干考虑 64 3.3.5 条纹形状与镜面缺陷 65 3.4 由横向剪切干涉条纹求解未知波面形状 67 3.4.1 引言 67 3.4.2 一维联立解析法 68 3.4.3 二维联立解析法 73 3.4.4 作图解析法 77 3.5 剪切量、参考点与灵敏度 80 3.5.1 用经验公式选取剪切量 80 3.5.2 参考点的选取方法 82 3.5.3 灵敏度与剪切量的关系 84 3.6 影响剪切干涉图形对比度的因素 86 3.6.1 对比度的两种不同含义及其影响对比度降低的因素 86 3.6.2 光源的非单色性 87 3.6.3 光强不等及其杂散光的存在 89 3.6.4 光源容许尺寸与对比度及剪切量的关系 92 3.6.5 偏振等其他因素的影响以及各种因素影响的综合 96 参考文献 97 第4章 棱镜式横向剪切干涉仪 99 4.1 剪切干涉仪的产生 99 4.1.1 基于马赫-曾德尔干涉仪的剪切干涉仪原理 99 4.1.2 基于迈克耳孙干涉仪的剪切干涉仪原理 101 4.2 棱镜剪切干涉仪的几种形式 102 4.2.1 梯形棱镜型 102 4.2.2 锥角棱镜扭转型 104 4.2.3 锥角棱镜固定型 105 4.2.4 立方棱镜固定型 105 4.2.5 两种立方棱镜扭转型 106 4.2.6 立方棱镜组合型 108 4.2.7 商用可变剪切型 109 4.2.8 棱镜剪切干涉仪简要小结 110 4.3 棱镜固有像差的消除 111 4.3.1 问题的提出 111 4.3.2 辅助透镜的选用 111 4.4 棱镜剪切干涉仪的结构与使用 112 4.4.1 引言112 4.4.2 仪器系统的描述 112 4.4.3 仪器结构 113 4.4.4 仪器使用 115 4.4.5 剪切棱镜的调整原理与方式 116 4.5 剪切干涉条纹判读与解析 119 4.5.1 像差的干涉图样 119 4.5.2 联立解析法求未知波面举例 121 4.5.3 联立解析法误差分析 125 4.6 一些具体问题及措施 127 4.6.1 缝宽计算与制作狭缝的简易方法 128 4.6.2 棱镜剪切干涉仪制作中的两个问题 129 4.6.3 未能出现干涉条纹的原因分析 130 4.6.4 剪切干涉图样的拍摄方法 130 参考文献 131 第5章 平板式横向剪切干涉仪 133 5.1 引言 133 5.2 单平板剪切干涉仪 134 5.2.1 单平板剪切干涉仪原理 134 5.2.2 单平板剪切干涉中的几个基本关系式 136 5.2.3 对平板两面平行度的要求 139 5.2.4 对平板面形局部误差的要求 140 5.2.5 平板两反射面反射率的匹配 143 5.2.6 用降低平板平行度要求的转向法测波面曲率半径 144 5.2.7 用楔形平板直接检测激光波面 146 5.2.8 检测大口径激光束准直性的大口径单平板剪切干涉仪 148 5.3 双平板剪切干涉仪 150 5.3.1 双平板剪切干涉仪的产生 150 5.3.2 双平板剪切干涉仪的原理 151 5.3.3 双平板剪切干涉仪的实例 152 5.4 三平板环路剪切干涉仪 153 5.4.1 三平板环路剪切干涉仪原理 153 5.4.2 实现可变横向剪切的几种方式举例 155 5.4.3 三平板环路剪切干涉仪的几何尺寸设计 157 5.4.4 干涉仪调整与馈光控制 159 5.4.5 环路中有光学系统的径向剪切 161 5.4.6 干涉仪误差及其测量精度 162 5.5 四平板横向剪切干涉仪 164 5.6 横向旋转剪切与横向平行剪切的数理关系165 5.6.1 横向旋转剪切的参量关系 165 5.6.2 球面波横向旋转剪切的几个关系式 166 5.6.3 横向旋转剪切与横向平行剪切的关系 167 参考文献 167 第6章 光栅式横向剪切干涉仪 169 6.1 引言 169 6.2 光栅检验法概况 170 6.3 朗奇检验原理 171 6.3.1 朗奇检验的初期认识 171 6.3.2 朗奇检验几何光学原理 172 6.3.3 朗奇检验物理光学原理 174 6.3.4 朗奇检验几何光学原理与物理光学原理的关系 174 6.4 朗奇光栅横向剪切干涉仪 176 6.4.1 光栅剪切干涉仪原理及其条纹基本方程 176 6.4.2 朗奇图形定量检验公式 178 6.4.3 朗奇图形定量检验公式使用说明 188 6.5 非球面的朗奇检验 193 6.5.1 朗奇检验用于非球面 193 6.5.2 零位朗奇检验 195 6.6 朗奇检验中的两个问题 197 6.6.1 朗奇光栅频率的考虑 197 6.6.2 表面面形与朗奇图形的关系 199 参考文献 200 第7章 剪切干涉仪的基础应用 202 7.1 概述 202 7.1.1 干涉术在光学测试中的重要性 202 7.1.2 选取光学检验方式的原则 203 7.1.3 剪切干涉仪的应用范围 204 7.2 光学材料均匀性检验 205 7.2.1 引言 205 7.2.2 成品与半成品材料检验 206 7.2.3 激光材料的检验 208 7.3 光学元件检验与测量 209 7.3.1 引言 209 7.3.2 大口径凹球面反射镜的检验 210 7.3.3 大口径平面镜的检验 213 7.3.4 平板平行度及棱镜角的测量 216 7.4 光学系统装枝、准直与检验 218 7.4.1 在光学装校中的应用 218 7.4.2 准直光学系统的检验 220 7.4.3 光学系统的波差检验 222 7.5 在非球面检验中的应用 224 7.5.1 引言 224 7.5.2 非球面基本方程及必要的参数 225 7.5.3 非球面的辅助检验与补偿检验 228 7.5.4 非球面镜的直接检验 234 7.5.5 应用两种检验方法的实例 241 7.6 光学传递函数的自相关测量 245 7.6.1 引言 245 7.6.2 自相关法测量光学传递函数的基本原理 246 7.6.3 几台早期测量光学传递函数的剪切干涉仪简介 247 7.6.4 单平板剪切干涉仪测量调制传递函数 250 7.6.5 用三平板环路剪切干涉仪快速测试传递函数 250 7.6.6 用光栅剪切干涉仪测量光学传递函数 252 7.6.7 用固定剪切量的剪切干涉仪测量光学传递函数 255 7.7 在激光参量测试中的特殊用途 258 7.7.1 检测激光束的特殊性 258 7.7.2 激光束波面曲率半径测量 259 7.7.3 激光束波面像差的测量 260 7.7.4 相干长度的确定 262 7.8 在信息处理及全息术中的应用 263 7.8.1 摄影图像实时光学相减 263 7.8.2 计算机产生全息图再现波面的评价 268 7.8.3 傅里叶变换物镜波像差的检验 271 7.9 在气体动力学研究中的应用 274 7.9.1 引言 274 7.9.2 从马赫-曾德尔干涉仪到剪切干涉仪 274 7.9.3 剪切干涉图形的一种分析方法 276 7.10 在其他方面的应用 279 7.10.1 引言 279 7.10.2 激光核聚变玻璃靶球的评价 279 7.10.3 全息凹面光栅的检验 281 7.10.4 用剪切干涉条纹检查人眼视功能 282 7.10.5 眼镜屈光度与质量检查 284 参考文献 286 第8章 剪切干涉术在其他学科的扩展 288 8.1 引言 288 8.2 显微剪切干涉术 289 8.3 全息剪切干涉术 290 8.3.1 全息图作为干涉元件的全息剪切干涉仪 291 8.3.2 全息光栅剪切干涉仪 292 8.4 散斑剪切干涉术 294 8.5 日红外剪切干涉仪 296 8.6 声光剪切干涉术 297 参考文献 300 第9章 移相剪切干涉术 301 9.1 引言 301 9.2 移相剪切干涉数理分析 301 9.3 几种移相剪切干