目 錄 
第1章 現(xiàn)代應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ)理論概述 1 
1．1 概述 1 
1．1．1 本書的背景 1 
1．1．2 本書的內(nèi)容安排 1 
1．2 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的光學(xué)材料特征參數(shù) 2 
1．2．1 光學(xué)材料的光學(xué)參量 2 
1．2．2 熱系數(shù)及溫度變化效應(yīng)的消除 4 
1．2．3 其他玻璃數(shù)據(jù) 4 
1．3 新型光學(xué)材料 5 
1．3．1 新型光學(xué)材料概述 5 
1．3．2 光學(xué)材料發(fā)展概況 6 
1．4 液晶材料及液晶顯示器 12 
1．4．1 液晶材料及其分類 12 
1．4．2 常用液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 16 
1．4．3 STN-LCD技術(shù) 27 
1．4．4 液晶光閥技術(shù) 32 
1．4．5 硅上液晶（LCoS）反射式顯示器 36 
1．4．6 光計(jì)算用SLM 38 
1．5 電光源和光電探測(cè)器 38 
1．5．1 電光源 38 
1．5．2 激光器 41 
1．5．3 光電導(dǎo)探測(cè)器 48 
1．5．4 光伏探測(cè)器 49 
1．5．5 位敏探測(cè)器 53 
1．5．6 陣列型光電探測(cè)器 56 
1．6 波像差像質(zhì)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)知識(shí) 59 
1．6．1 光學(xué)系統(tǒng)像差的坐標(biāo)及符號(hào)規(guī)則 59 
1．6．2 無(wú)像差成像概念和完善鏡頭聚焦衍射模式 60 
參考文獻(xiàn) 63 
第2章 光學(xué)非球面的應(yīng)用 67 
2．1 概述 67 
2．2 非球面曲面方程 67 
2．2．1 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面方程 67 
2．2．2 圓錐曲線的意義 68 
2．2．3 其他常見(jiàn)非球面方程 70 
2．2．4 非球面的法線和曲率 71 
2．3 非球面的初級(jí)像差 71 
2．3．1 波像差及其與垂軸像差的關(guān)系 71 
2．3．2 非球面的初級(jí)像差 73 
2．3．3 折射錐面軸上物點(diǎn)波像差 75 
2．3．4 折射錐面軸外物點(diǎn)波像差 76 
2．4 微振（perturbed）光學(xué)系統(tǒng)的初級(jí)像差計(jì)算 77 
2．4．1 偏心（decentered）光學(xué)面 78 
2．4．2 光學(xué)面的傾斜 80 
2．4．3 間隔失調(diào)（despace）面 81 
2．5 兩鏡系統(tǒng)的理論基礎(chǔ) 82 
2．5．1 兩鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式 82 
2．5．2 單色像差的表示式 82 
2．5．3 消像差條件式 84 
2．5．4 常用的兩鏡系統(tǒng) 85 
2．6 二次圓錐曲面及其衍生高次項(xiàng)曲面 86 
2．6．1 消球差的等光程折射非球面 86 
2．6．2 經(jīng)典卡塞格林系統(tǒng) 87 
2．6．3 格里高里系統(tǒng) 88 
2．6．4 只消球差的其他特種情況 88 
2．6．5 R-C（Ritchey-Chrétien）系統(tǒng)及馬克蘇托夫系統(tǒng) 89 
2．6．6 等暈系統(tǒng)的特殊情況 90 
2．6．7 庫(kù)特（Cuder）系統(tǒng)及同心系統(tǒng) 91 
2．6．8 史瓦希爾德（Schwarzschield）系統(tǒng) 92 
2．6．9 一個(gè)消四種初級(jí)像差 的系統(tǒng) 93 
2．6．10 無(wú)焦系統(tǒng) 93 
2．7 兩鏡系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程 93 
2．7．1 R-C系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 93 
2．7．2 格里高里系統(tǒng)與卡塞格林系統(tǒng) 94 
2．8 施密特光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 95 
2．8．1 施密特光學(xué)系統(tǒng)的初級(jí)像差 95 
2．8．2 施密特校正器的精確計(jì)算法 98 
2．9 三反射鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 99 
2．9．1 設(shè)計(jì)原則 99 
2．9．2 設(shè)計(jì)過(guò)程分析 100 
2．9．3 設(shè)計(jì)示例 101 
參考文獻(xiàn) 103 
第3章 衍射光學(xué)元件 105 
3．1 概述 105 
3．1．1 菲涅耳圓孔衍射――菲涅耳波帶法 106 
3．1．2 菲涅耳圓孔衍射的特點(diǎn) 108 
3．1．3 菲涅耳圓屏衍射 109 
3．2 波帶片 110 
3．2．1 菲涅耳波帶片 110 
3．2．2 相位型菲涅耳波帶片 112 
3．2．3 條形或方形波帶片 113 
3．3 衍射光學(xué)器件衍射效率 113 
3．3．1 鋸齒形一維相位光柵的衍射效率 113 
3．3．2 臺(tái)階狀（二元光學(xué)）相位光柵的衍射效率及其計(jì)算 114 
3．4 通過(guò)衍射面的光線光路計(jì)算 115 
3．5 衍射光學(xué)系統(tǒng)初級(jí)像差 118 
3．5．1 衍射光學(xué)透鏡的單色初級(jí)像差特性 118 
3．5．2 折衍混合成像系統(tǒng)中衍射結(jié)構(gòu)的高折射率模型及PWC描述 121 
3．5．3 P∞、W∞、C與折衍混合單透鏡結(jié)構(gòu)的函數(shù)關(guān)系 122 
3．6 折衍光學(xué)透鏡的色散性質(zhì)及色差的校正 123 
3．6．1 折衍光學(xué)透鏡的等效阿貝數(shù)ν 123 
3．6．2 用DOL實(shí)現(xiàn)消色差 124 
3．6．3 折衍光學(xué)透鏡的部分色散及二級(jí)光譜的校正 125 
3．7 衍射透鏡的熱變形特性 127 
3．7．1 光熱膨脹系數(shù) 127 
3．7．2 消熱變形光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 129 
3．7．3 折衍混合系統(tǒng)消熱差系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 130 
3．8 衍射面的相位分布函數(shù) 132 
3．8．1 用于平衡像差的衍射面的相位分布函數(shù) 132 
3．8．2 用于平衡熱像差的衍射面的相位分布函數(shù) 133 
3．9 多層衍射光學(xué)元件（multi-layer diffractive optical elements） 133 
3．9．1 多層衍射光學(xué)元件的理論分析 134 
3．9．2 多層衍射光學(xué)元件的結(jié)構(gòu) 134 
3．9．3 多層衍射光學(xué)元件材料的選擇 134 
3．9．4 多層衍射光學(xué)元件的衍射效率 135 
3．9．5 多層衍射光學(xué)元件在成像光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例 136 
3．10 諧衍射透鏡（HDL）及其成像特點(diǎn) 137 
3．10．1 諧衍射透鏡 137 
3．10．2 諧衍射透鏡的特點(diǎn) 137 
3．10．3 單片諧衍射透鏡成像 138 
3．10．4 諧衍射/折射太赫茲多波段成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 139 
3．11 衍射光學(xué)軸錐鏡（簡(jiǎn)稱衍射軸錐鏡） 143 
3．11．1 衍射軸錐鏡 143 
3．11．2 設(shè)計(jì)原理和方法 144 
參考文獻(xiàn) 150 
第4章 非對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)像差理論 153 
4．1 波像差與Zernike多項(xiàng)式概述 153 
4．1．1 波前像差理論概述 153 
4．1．2 角向、橫向和縱向像差 154 
4．1．3 Seidel像差的波前像差表示 155 
4．1．4 澤尼克（Zernike）多項(xiàng)式 162 
4．1．5 條紋（fringe）Zernike系數(shù) 164 
4．1．6 波前像差的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 165 
4．1．7 色差 167 
4．1．8 典型光學(xué)元件的像差特性 167 
4．2 非對(duì)稱旋轉(zhuǎn)成像光學(xué)系統(tǒng)中像差理論 174 
4．2．1 重要概念簡(jiǎn)介 174 
4．2．2 傾斜非球面光學(xué)面處理 176 
4．2．3 局部坐標(biāo)系統(tǒng)（LCS）近軸光方法計(jì)算單個(gè)光學(xué)面像差場(chǎng)中心 176 
4．2．4 OAR的參數(shù)化 179 
4．2．5 傾斜和偏心的光學(xué)面的定位像差場(chǎng)對(duì)稱中心矢量（像差場(chǎng)偏移量的推導(dǎo)） 181 
4．2．6 基于實(shí)際光線計(jì)算單個(gè)面的像差場(chǎng)中心 182 
4．2．7 失調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的波像差表示式 183 
4．2．8 舉例：LCS近軸計(jì)算與其實(shí)際光線等價(jià)計(jì)算的比較 185 
4．3 近圓光瞳非對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)三級(jí)像差的描述 187 
4．3．1 光學(xué)系統(tǒng)的像差場(chǎng)為各個(gè)面的貢獻(xiàn)之和 187 
4．3．2 帶有近圓光瞳的非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)中的三級(jí)像差 187 
4．3．3 節(jié)點(diǎn)像差場(chǎng) 191 
4．3．4 波前誤差以及光線的橫向像差 194 
4．3．5 非對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)中的三級(jí)畸變 195 
4．4 非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)的多節(jié)點(diǎn)五級(jí)像差：球差 197 
4．4．1 非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)像差概述 197 
4．4．2 非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)的五級(jí)像差 198 
4．4．3 五級(jí)像差的特征節(jié)點(diǎn)行為：球差族包括的各項(xiàng) 199 
參考文獻(xiàn) 203 
第5章 光學(xué)自由曲面的應(yīng)用 205 
5．1 光學(xué)自由曲面概述 205 
5．2 參數(shù)曲線和曲面 206 
5．2．1 曲線和曲面的參數(shù)表示 206 
5．2．2 參數(shù)曲線的代數(shù)和幾何形式 210 
5．3 Bézier曲線與曲面 212 
5．3．1 Bézier曲線的數(shù)學(xué)描述和性質(zhì) 212 
5．3．2 Bézier曲面 215 
5．4 B樣條（B-spline）曲線與曲面 217 
5．4．1 B樣條曲線的數(shù)學(xué)描述和性質(zhì) 217 
5．4．2 B樣條曲線的性質(zhì) 219 
5．4．3 B樣條曲面的表示 220 
5．5 雙三次均勻B樣條曲面 221 
5．5．1 B 樣條曲面 221 
5．5．2 雙三次均勻B樣條曲面的矩陣公式 223 
5．6 非均勻有理B樣條（NURBS）曲線與曲面 224 
5．6．1 NURBS曲線與曲面 224 
5．6．2 NURBS曲線的定義 224 
5．6．3 NURBS表示 226 
5．6．4 非均勻有理B樣條曲面 228 
5．7 Coons曲面 229 
5．7．1 基本概念 229 
5．7．2 雙線性Coons曲面 230 
5．7．3 雙三次Coons曲面 231 
5．8 自由曲面棱鏡光學(xué)系統(tǒng) 232 
5．8．1 自由曲面棱鏡概述 232 
5．8．2 矢量像差理論及初始結(jié)構(gòu)確定方法 233 
5．8．3 自由曲面棱鏡設(shè)計(jì) 236 
5．8．4 用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)含自由曲面的光學(xué)系統(tǒng) 238 
參考文獻(xiàn) 239 
第6章 共形光學(xué)系統(tǒng) 241 
6．1 概述 241 
6．1．1 共形光學(xué)系統(tǒng)的一般要求 241 
6．1．2 共形光學(xué)系統(tǒng)的主要參量 244 
6．1．3 共形光學(xué)系統(tǒng)中的像差校正 250 
6．1．4 共形光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用須考慮的問(wèn)題 252 
6．2 橢球整流罩的幾何特性及消像差條件在共形光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用 253 
6．2．1 橢球面幾何特性分析 253 
6．2．2 橢球整流罩的幾何特性 256 
6．2．3 利用矢量像差理論分析橢球整流罩結(jié)構(gòu)的像差特性 258 
6．3 基于Wassermann-Wolf方程的共形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 259 
6．3．1 共形光學(xué)系統(tǒng)解決像差動(dòng)態(tài)變化的方法概述 259 
6．3．2 共形光學(xué)系統(tǒng)的像差分析 260 
6．3．3 Wassermann-Wolf非球面理論 261 
6．3．4 利用Wassermann-Wolf原理設(shè)計(jì)共形光學(xué)系統(tǒng) 265 
6．4 折/反射橢球形整流罩光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 268 
6．4．1 折/反射橢球形整流罩光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 269 
6．4．2 橢球形整流罩像差分析 269 
6．4．3 兩鏡校正系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 269 
6．4．4 用平面對(duì)稱矢量像差理論分析光學(xué)系統(tǒng)像差特性 274 
6．4．5 設(shè)計(jì)結(jié)果 275 
6．5 共形光學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)像差校正技術(shù) 276 
6．5．1 共形光學(xué)系統(tǒng)的固定校正器 276 
6．5．2 弧形校正器 278 
6．5．3 基于軸向移動(dòng)柱面―澤尼克校正元件的動(dòng)態(tài)像差校正技術(shù) 280 
6．6 二元光學(xué)元件在橢球整流罩導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用 283 
6．6．1 二元光學(xué)元件的光學(xué)特性 284 
6．6．2 二元衍射光學(xué)元件在橢球形整流罩導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用 286 
6．6．3 利用衍/射光學(xué)元件進(jìn)行共形整流罩像差校正的研究 288 
6．6．4 折/衍混合消熱差共形光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 291 
6．7 利用自由曲面進(jìn)行微變焦共形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 295 
6．7．1 自由曲面進(jìn)行微變焦共形光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn) 295 
6．7．2 利用自由曲面的像差校正方法 295 
6．8 基于實(shí)際光線追跡的共形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 298 
6．8．1 實(shí)際光線追跡設(shè)計(jì)方法可在共形光學(xué)系統(tǒng)整個(gè)觀察視場(chǎng)內(nèi)得到較好像質(zhì) 298 
6．8．2 實(shí)際光線追跡方法概述 299 
參考文獻(xiàn) 302 
第7章 非成像光學(xué)系統(tǒng) 308 
7．1 引言 308 
7．1．1 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介 308 
7．1．2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電 311 
7．1．3 照明非成像光學(xué) 312 
7．2 非成像光學(xué)概述 314 
7．2．1 非成像會(huì)聚器特性 314 
7．2．2 光學(xué)擴(kuò)展不變量 314 
7．2．3 會(huì)聚度的定義 315 
7．3 會(huì)聚器理論中的一些幾何光學(xué)概念 316 
7．3．1 光學(xué)擴(kuò)展量的幾何光學(xué)概念 316 
7．3．2 在成像光學(xué)系統(tǒng)中像差對(duì)會(huì)聚度的影響 317 
7．3．3 光學(xué)擴(kuò)展量（拉氏不變量）和相空間的廣義概念 318 
7．3．4 斜不變量 320 
7．4 非成像光學(xué)的邊緣光線原理 322 
7．4．1 邊緣光線原理 322 
7．4．2 邊緣光線原理應(yīng)用――“拉線”方法 322 
7．5 復(fù)合拋物面會(huì)聚器（CPC） 324 
7．5．1 光錐會(huì)聚器 324 
7．5．2 復(fù)合拋物面會(huì)聚器（CPC）概述 324 
7．5．3 復(fù)合拋物面會(huì)聚器的性質(zhì) 326 
7．5．4 增加復(fù)合拋物面會(huì)聚器的最大會(huì)聚角 328 
7．6 同步多曲面設(shè)計(jì)方法 331 
7．6．1 SMS方法設(shè)計(jì)會(huì)聚器概述 331 
7．6．2 一個(gè)非成像透鏡的設(shè)計(jì)：RR會(huì)聚器 332 
7．6．3 XR會(huì)聚器 335 
7．6．4 RX會(huì)聚器 337 
7．7 XX類會(huì)聚器 340 
7．7．1 XX類會(huì)聚器的原理 340 
7．7．2 RX1會(huì)聚器 341 
7．7．3 RX1會(huì)聚器的三維分析 341 
7．8 非成像光學(xué)用于LED照明 343 
7．8．1 邊緣光線擴(kuò)展度守恒原理和控制網(wǎng)格算法 344 
7．8．2 LED的非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 346 
7．8．3 大范圍照明光源設(shè)計(jì)（二維給定光分布設(shè)計(jì)） 347 
7．9 非成像光學(xué)用于LED均勻照明的自由曲面透鏡 348 
7．9．1 均勻照明的自由曲面透鏡概述 348 
7．9．2 LED浸沒(méi)式自由曲面透鏡設(shè)計(jì)方法 349 
7．9．3 設(shè)計(jì)示例 351 
參考文獻(xiàn) 353 
第8章 光電光學(xué)系統(tǒng)中緊湊型照相光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 356 
8．1 概述 356 
8．1．1 數(shù)碼相機(jī)的組成 356 
8．1．2 數(shù)碼相機(jī)中圖像傳感器CCD和CMOS的比較 357 
8．1．3 數(shù)碼相機(jī)的分類 359 
8．1．4 數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)性能 364 
8．1．5 數(shù)碼相機(jī)鏡頭的分類和特點(diǎn) 365 
8．2 數(shù)碼相機(jī)鏡頭設(shè)計(jì)示例 367 
8．2．1 球面定焦距鏡頭設(shè)計(jì)示例 367 
8．2．2 非球面定焦距鏡頭設(shè)計(jì)示例 370 
8．3 變焦距鏡頭設(shè)計(jì)示例 372 
8．3．1 變焦透鏡組原理 373 
8．3．2 非球面變倍鏡頭初始數(shù)據(jù) 373 
8．3．3 折疊式（潛望式）變焦鏡頭示例 376 
8．4 手機(jī)照相光學(xué)系統(tǒng) 378 
8．4．1 手機(jī)照相光學(xué)系統(tǒng)概述 378 
8．4．2 兩片型非球面手機(jī)物鏡設(shè)計(jì)示例 379 
8．4．3 三片型手機(jī)物鏡設(shè)計(jì) 382 
8．5 手機(jī)鏡頭新技術(shù)概述 385 
8．5．1 自由曲面在手機(jī)鏡頭中的應(yīng)用 385 
8．5．2 液體鏡頭 385 
8．6 魚眼鏡頭概述 388 
8．6．1 魚眼鏡頭是“仿生學(xué)的示例” 388 
8．6．2 魚眼鏡頭基本結(jié)構(gòu)的像差校正 390 
8．6．3 魚眼鏡頭基本光學(xué)結(jié)構(gòu)的演變 391 
8．6．4 魚眼鏡頭的發(fā)展 391 
8．6．5 魚眼鏡頭的光學(xué)性能 393 
8．6．6 光闌球差與入瞳位置的確定 396 
8．6．7 光闌彗差與像差漸暈 398 
8．6．8 魚眼鏡頭示例與投影方式比較 399 
參考文獻(xiàn) 402 
第9章 光學(xué)系統(tǒng)焦深的擴(kuò)展與衍射極限的突破 405 
9．1 概述 405 
9．1．1 擴(kuò)展焦深概述 405 
9．1．2 超衍射極限近場(chǎng)顯微術(shù)概述 409 
9．1．3 遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨成像 418 
9．2 光學(xué)成像系統(tǒng)景深的延拓 420 
9．2．1 景深延拓概述 420 
9．2．2 延拓景深的方形孔徑相位模板 425 
9．2．3 增大景深的圓對(duì)稱相位模板 438 
9．3 多環(huán)分區(qū)圓對(duì)稱相位模板設(shè)計(jì) 442 
9．3．1 多環(huán)分區(qū)圓對(duì)稱相位模板的概念 442 
9．3．2 多環(huán)分區(qū)圓對(duì)稱相位模板對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的特性 448 
9．3．3 圓對(duì)稱相位模板成像系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 450 
9．3．4 初級(jí)像差的影響以及延拓景深圖像的復(fù)原 451 
9．3．5 延拓景深相位模板系統(tǒng)的圖像復(fù)原與其光學(xué)成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì) 456 
9．3．6 延拓景深光學(xué)成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì) 460 
9．4 軸錐鏡（axicon）擴(kuò)展焦深 468 
9．4．1 軸錐鏡 468 
9．4．2 小焦斑長(zhǎng)焦深激光焦點(diǎn)的衍射軸錐鏡的設(shè)計(jì) 476 
9．5 近場(chǎng)光學(xué)與近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡 478 
9．5．1 近場(chǎng)光學(xué)概念 478 
9．5．2 近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡（NSOM） 482 
9．6 掃描探針顯微鏡 488 
9．6．1 與隧道效應(yīng)有關(guān)的顯微鏡 489 
9．6．2 原子力顯微鏡（AFM） 491 
9．6．3 掃描力顯微鏡（SFM） 495 
9．6．4 檢測(cè)材料不同組分的SFM技術(shù) 498 
9．6．5 光子掃描隧道顯微鏡（PSTM） 499 
9．7 原子力顯微鏡 504 
9．7．1 原子力顯微鏡的基本組成 504 
9．7．2 近場(chǎng)力 505 
9．7．3 微懸臂力學(xué) 507 
9．7．4 AFM探測(cè)器信號(hào) 508 
9．7．5 原子力顯微鏡的測(cè)量模式 509 
9．7．6 原子力顯微鏡檢測(cè)成像技術(shù) 512 
9．7．7 AFM的優(yōu)點(diǎn)和正在改進(jìn)之處 513 
9．7．8 電力顯微鏡（EFM） 513 
9．8 遠(yuǎn)場(chǎng)超高分辨率顯微術(shù) 516 
9．8．1 遠(yuǎn)場(chǎng)超高分辨率顯微術(shù)概述 516 
9．8．2 4Pi顯微鏡 517 
9．8．3 3D隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡（STORM） 519 
9．8．4 平面光顯微鏡（SPIM）基本原理 520 
9．8．5 福斯特共振能量轉(zhuǎn)移顯微鏡（FRETM） 521 
9．8．6 全內(nèi)反射熒光顯微鏡（TIRFM） 522 
9．9 衍射光學(xué)組件用于掃描雙光子顯微鏡的景深擴(kuò)展 524 
9．9．1 遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨顯微鏡擴(kuò)展焦深概述 524 
9．9．2 擴(kuò)展焦深顯微光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 525 
9．9．3 掃描雙光子顯微成像系統(tǒng)的擴(kuò)展景深實(shí)驗(yàn) 528 
參考文獻(xiàn) 532 
第10章 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)應(yīng)用概述 542 
10．1 引言 542 
10．1．1 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展 542 
10．1．2 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng) 544 
10．1．3 自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用技術(shù) 545 
10．1．4 自適應(yīng)光學(xué)在相控陣系統(tǒng)中的應(yīng)用 547 
10．1．5 高能激光相控陣系統(tǒng)簡(jiǎn)介 549 
10．2 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)原理 553 
10．2．1 自適應(yīng)光學(xué)概念 553 
10．2．2 共光路/共模塊自適應(yīng)光學(xué)原理及衍生光路 557 
10．3 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的基本組成原理和應(yīng)用 569 
10．3．1 波前傳感器 569 
10．3．2 波前校正器 578 
10．3．3 波前控制器及控制算法 584 
10．3．4 激光導(dǎo)星原理及系統(tǒng) 589 
10．4 天文望遠(yuǎn)鏡及其自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng) 601 
10．4．1 2．16 m望遠(yuǎn)鏡及其自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng) 601 
10．4．2 37單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng) 608 
10．4．3 1．2 m望遠(yuǎn)鏡61單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng) 612 
10．5 鎖相光纖準(zhǔn)直器的自適應(yīng)陣列實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 620 
10．5．1 概述 620 
10．5．2 光纖準(zhǔn)直器的自適應(yīng)陣列中的反饋控制 626 
10．6 陣列光束優(yōu)化式自適應(yīng)光學(xué)的原理與算法 631 
10．6．1 光學(xué)相控陣技術(shù)基本概念 631 
10．6．2 優(yōu)化算法自適應(yīng)光學(xué) 633 
10．6．3 陣列光束優(yōu)化式自適應(yīng)光學(xué)的原理與發(fā)展 634 
10．6．4 陣列光束優(yōu)化式自適應(yīng)光學(xué)算法 635 
10．7 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在自由空間光通信中的應(yīng)用 642 
10．7．1 自由空間光通信概述 642 
10．7．2 自由空間光通信系統(tǒng)概述 643 
10．7．3 一些自由空間光通信的示例 649 
10．7．4 自適應(yīng)光學(xué)結(jié)合脈沖位置調(diào)制（PPM）改善光通信性能 653 
10．7．5 無(wú)波前傳感自適應(yīng)光學(xué)（AO）系統(tǒng) 656 
10．8 自由空間激光通信終端系統(tǒng)原理 659 
10．8．1 終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理 659 
10．8．2 激光收發(fā)子系統(tǒng) 660 
10．8．3 捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)（ATP）子系統(tǒng) 662 
10．8．4 光學(xué)平臺(tái)子系統(tǒng) 662 
10．8．5 衛(wèi)星終端系統(tǒng)概述 666 
10．8．6 基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的星載終端光學(xué)系統(tǒng)方案示例 673 
10．9 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的其他典型應(yīng)用舉例 675 
10．9．1 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在慣性約束聚變技術(shù)中的應(yīng)用概述 675 
10．9．2 自適應(yīng)光學(xué)用于月球激光測(cè)距 679 
10．9．3 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)在戰(zhàn)術(shù)激光武器中的應(yīng)用簡(jiǎn)介 682 
10．9．4 自適應(yīng)光學(xué)在醫(yī)學(xué)眼科成像中的應(yīng)用 689 
參考文獻(xiàn) 696 
第11章 微納投影光刻技術(shù)導(dǎo)論 711 
11．1 引言 711 
11．2 光刻離軸照明技術(shù) 717 
11．3 投影光刻掩模誤差補(bǔ)償 721 
11．4 投影光刻相移掩模 728 
11．5 電子投影光刻（EPL） 735 
11．6 離子束曝光技術(shù) 750 
11．7 納米壓印光刻（NIL）技術(shù) 754 
參考文獻(xiàn) 761 
第12章 投影光刻物鏡 769 
12．1 概述 769 
12．1．1 光刻技術(shù)簡(jiǎn)介 769 
12．1．2 提高光刻機(jī)性能的關(guān)鍵技術(shù) 769 
12．1．3 ArF光刻機(jī)研發(fā)進(jìn)展 771 
12．1．4 下一代光刻技術(shù)的研究進(jìn)展 772 
12．2 投影光刻物鏡的光學(xué)參量 772 
12．2．1 投影光刻物鏡的光學(xué)特征 772 
12．2．2 工作波長(zhǎng)與光學(xué)材料 774 
12．3 投影光刻物鏡結(jié)構(gòu)形式 784 
12．3．1 折射式投影物鏡結(jié)構(gòu)形式 784 
12．3．2 折射式光刻投影物鏡 785 
12．3．3 深紫外（DUV）投影光刻物鏡設(shè)計(jì)要求 786 
12．3．4 深紫外（DUV）非球面的投影光刻物鏡 786 
12．3．5 光闌移動(dòng)對(duì)投影光刻物鏡尺寸的影響 787 
12．4 光刻物鏡的像質(zhì)評(píng)價(jià) 788 
12．4．1 波像差與分辨率 788 
12．4．2 基于Zernike多項(xiàng)式的波像差分解 791 
12．4．3 條紋Zernike多項(xiàng)式的不足與擴(kuò)展 794 
12．5 運(yùn)動(dòng)學(xué)安裝機(jī)理與物鏡像質(zhì)精修 795 
12．5．1 運(yùn)動(dòng)學(xué)安裝機(jī)理 795 
12．5．2 物鏡像質(zhì)精修 796 
12．5．3 投影光刻物鏡的像質(zhì)補(bǔ)償 796 
12．6 進(jìn)一步擴(kuò)展NA 801 
12．6．1 用Rayleigh公式中的因子擴(kuò)展NA 801 
12．6．2 非球面的引入 802 
12．6．3 反射光學(xué)元件的引入 802 
12．6．4 兩次曝光或兩次圖形曝光技術(shù) 803 
12．7 浸沒(méi)式光刻技術(shù) 803 
12．7．1 浸沒(méi)式光刻的原理 803 
12．7．2 浸沒(méi)液體 804 
12．7．3 浸沒(méi)式大數(shù)值孔徑投影光刻物鏡 805 
12．7．4 偏振光照明 806 
12．7．5 投影光刻物鏡的將來(lái)趨勢(shì) 808 
12．8 極紫外（EUV）光刻系統(tǒng) 810 
12．8．1 極紫外（EUV）光源 810 
12．8．2 EUVL（extreme ultraviolet lithography）投影光刻系統(tǒng)的主要技術(shù)要求 813 
12．8．3 兩鏡EUV投影光刻物鏡 815 
12．8．4 ETS 4鏡原型機(jī) 819 
12．9 EUVL6鏡投影光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 820 
12．9．1 非球面6鏡投影光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 820 
12．9．2 分組設(shè)計(jì)法――漸進(jìn)式優(yōu)化設(shè)計(jì)6片（22 nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)） 
反射式非球面投影光刻物鏡 821 
12．9．3 EUVL照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 825 
12．10 鞍點(diǎn)構(gòu)建方法用于光刻物鏡設(shè)計(jì) 827 
12．10．1 構(gòu)建鞍點(diǎn)的價(jià)值函數(shù)的基本性質(zhì) 827 
12．10．2 鞍點(diǎn)構(gòu)建 828 
12．10．3 DUV光刻物鏡的樞紐 830 
12．10．4 深紫外（DUV）光刻物鏡設(shè)計(jì)舉例 832 
12．10．5 用鞍點(diǎn)構(gòu)建方法設(shè)計(jì)EUV投影光刻系統(tǒng) 835 
12．10．6 極紫外（EUV）光刻物鏡舉例 836 
12．10．7 鞍點(diǎn)構(gòu)建設(shè)計(jì)方法中加入非球面設(shè)計(jì)概述 837 
參考文獻(xiàn) 840 
第13章 表面等離子體納米光子學(xué)應(yīng)用 850 
13．1 表面等離子體概述 850 
13．1．1 表面等離子體相關(guān)概念 850 
13．1．2 表面等離子體激發(fā)方式 852 
13．2 SPP產(chǎn)生條件和色散關(guān)系 854 
13．2．1 電荷密度波（CWD）與激發(fā)SPP的條件 854 
13．2．2 介電質(zhì)/金屬結(jié)構(gòu)中典型的SPP色散曲線 856 
13．3 SPP的特征長(zhǎng)度 858 
13．3．1 概述 858 
13．3．2 SPP的波長(zhǎng)λSPP 859 
13．3．3 SPP的傳播距離δSPP 860 
13．3．4 實(shí)驗(yàn) 862 
13．3．5 SPP場(chǎng)的穿透深度δd和δm 863 
13．4 SPP的透射增強(qiáng) 864 
13．4．1 透射增強(qiáng) 864 
13．4．2 圍繞單孔的同心環(huán)槽狀結(jié)構(gòu) 865 
13．4．3 平行于單狹縫的對(duì)稱線性槽陣列 866 
13．5 突破衍射極限的超高分辨率成像和銀超透鏡的超衍射極限成像 867 
13．5．1 超透鏡的構(gòu)成 867 
13．5．2 銀超透鏡 868 
13．5．3 銀超透鏡成像實(shí)驗(yàn) 869 
13．6 SPP納米光刻技術(shù) 870 
13．6．1 表面等離子體共振干涉納米光刻技術(shù) 870 
13．6．2 基于背面曝光的無(wú)掩模表面等離子體激元干涉光刻 871 
13．6．3 在納米球―金屬表面系統(tǒng)中激發(fā)間隙模式用于亞30 nm表面等離子體激元光刻 873 
13．6．4 用介電質(zhì)―金屬多層結(jié)構(gòu)等離子體干涉光刻 875 
13．7 高分辨率并行寫入無(wú)掩模等離子體光刻 879 
13．7．1 無(wú)掩模等離子體光刻概述 879 
13．7．2 傳播等離子體（PSP）和局域等離子體（LSP） 879 
13．7．3 納米等離子體光刻漸進(jìn)式多階聚焦方案 880 
參考文獻(xiàn) 885 
第14章 干涉技術(shù)與光電系統(tǒng) 892 
14．1 概述 892 
14．1．1 經(jīng)典干涉理論 892 
14．1．2 光的相干性 893 
14．1．3 常用的激光器及其相干性 894 
14．2 傳統(tǒng)干涉儀的光學(xué)結(jié)構(gòu) 897 
14．2．1 邁克爾遜（Michelson）干涉儀 897 
14．2．2 斐索（Fizeau）干涉儀 898 
14．2．3 泰曼-格林（Twyman-Green）干涉儀 899 
14．2．4 雅敏（Jamin）干涉儀 900 
14．2．5 馬赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉儀 901 
14．3 激光干涉儀的光學(xué)結(jié)構(gòu) 901 
14．3．1 激光偏振干涉儀 902 
14．3．2 激光外差干涉儀 904 
14．3．3 半導(dǎo)體激光干涉儀光學(xué)系統(tǒng) 906 
14．3．4 激光光柵干涉儀光學(xué)系統(tǒng) 907 
14．3．5 激光多波長(zhǎng)干涉儀 912 
14．3．6 紅外激光干涉儀 916 
14．3．7 雙頻激光干涉儀 919 
14．4 波面與波形干涉系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu) 921 
14．4．1 棱鏡透鏡干涉儀光學(xué)系統(tǒng) 922 
14．4．2 波前剪切干涉儀 923 
14．4．3 三光束干涉儀與多光束干涉儀 926 
14．4．4 數(shù)字波面干涉系統(tǒng) 928 
14．4．5 錐度的干涉測(cè)量光學(xué)結(jié)構(gòu) 930 
14．5 表面微觀形貌的干涉測(cè)量系統(tǒng) 931 
14．5．1 相移干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu) 931 
14．5．2 鎖相干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu) 931 
14．5．3 干涉顯微系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu) 933 
14．5．4 雙焦干涉顯微鏡光學(xué)結(jié)構(gòu) 936 
14．6 亞納米檢測(cè)干涉光學(xué)系統(tǒng) 937 
14．6．1 零差檢測(cè)干涉系統(tǒng) 937 
14．6．2 外差檢測(cè)干涉系統(tǒng) 939 
14．6．3 自混頻檢測(cè)系統(tǒng) 940 
14．6．4 自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng) 942 
14．7 X射線干涉儀系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu) 943 
14．7．1 X射線干涉儀的特點(diǎn) 943 
14．7．2 X射線干涉儀的原理 944 
14．7．3 X射線干涉儀的應(yīng)用 944 
14．8 瞬態(tài)光電干涉系統(tǒng) 945 
14．8．1 瞬態(tài)干涉光源 945 
14．8．2 序列脈沖激光的高速記錄 946 
14．9 數(shù)字全息干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu) 948 
14．10 光纖干涉光學(xué)系統(tǒng) 952 
14．10．1 光纖干涉基本原理 952 
14．10．2 光纖干涉光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 952 
14．10．3 Sagnac干涉儀：光纖陀螺儀和激光陀螺儀 957 
14．10．4 微分干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu) 959 
14．10．5 全保偏光纖邁克爾遜干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu) 961 
14．10．6 三光束光纖干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu) 962 
14．10．7 全光纖白光干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu) 963 
14．10．8 相位解調(diào)技術(shù) 965 
參考文獻(xiàn) 969 
第15章 光電光譜儀與分光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 972 
15．1 光譜與光譜分析概述 972 
15．1．1 光譜的形成和特點(diǎn) 972 
15．1．2 光譜儀器 975 
15．1．3 光譜分析 977 
15．2 光電光譜儀器的色散系統(tǒng) 978 
15．2．1 棱鏡系統(tǒng) 978 
15．2．2 平面衍射光柵 983 
15．2．3 凹面衍射光柵 989 
15．2．4 階梯光柵 992 
15．3 光電光譜儀器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 993 
15．3．1 常用的光譜儀器光學(xué)系統(tǒng) 993 
15．3．2 光譜儀器光學(xué)系統(tǒng)的初級(jí)像差 994 
15．3．3 光譜儀器光學(xué)系統(tǒng)的像差校正 997 
15．3．4 反射式準(zhǔn)直和成像系統(tǒng)的像差 998 
15．3．5 常用平面光柵裝置類型 1001 
15．3．6 凹面光柵光譜裝置光學(xué)系統(tǒng) 1007 
15．4 典型光電光譜儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1008 
15．4．1 攝譜儀和光電直讀光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1008 
15．4．2 單色儀和分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1015 
15．4．3 干涉光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1027 
15．5 激光光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1030 
15．5．1 激光光譜儀 1030 
15．5．2 傅里葉變換光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1032 
15．5．3 光譜成像儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1039 
參考文獻(xiàn) 1042 
第16章 光波的偏振態(tài)及其應(yīng)用 1043 
16．1 光波的偏振態(tài) 1043 
16．1．1 橢圓偏振電磁場(chǎng) 1044 
16．1．2 線偏振和圓偏振電磁場(chǎng) 1045 
16．1．3 偏振光的描述 1046 
16．1．4 偏振光的分解 1051 
16．1．5 瓊斯矩陣與穆勒矩陣（Mueller matrix） 1052 
16．2 偏振光學(xué)元件 1056 
16．2．1 偏振片 1056 
16．2．2 偏振棱鏡 1062 
16．2．3 退偏器 1067 
16．3 偏振棱鏡設(shè)計(jì)與應(yīng)用示例 1070 
16．3．1 偏振耦合測(cè)試系統(tǒng)中偏振棱鏡的設(shè)計(jì) 1070 
16．3．2 高透射比偏光棱鏡 1073 
16．3．3 高功率YVO4晶體偏振棱鏡 1075 
16．4 相位延遲器 1077 
16．4．1 相位延遲器概述 1077 
16．4．2 雙折射型消色差相位延遲器 1078 
16．4．3 全反射型消色差相位延遲器原理 1080 
16．5 偏振光學(xué)用于水下成像 1085 
16．5．1 斯托克斯（Stokes）矢量法 1085 
16．5．2 水下偏振圖像采集光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1088 
16．5．3 斯托克斯圖像的測(cè)量方案 1091 
16．6 橢圓偏振薄膜測(cè)厚技術(shù) 1095 
16．6．1 薄膜測(cè)量方法概述 1095 
16．6．2 橢偏測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)和原理 1096 
16．6．3 橢偏測(cè)量系統(tǒng)類型 1097 
16．6．4 干涉式橢偏測(cè)量技術(shù) 1100 
16．6．5 外差干涉橢圓偏振測(cè)量原理及光學(xué)系統(tǒng) 1102 
16．6．6 外差橢偏測(cè)量?jī)x 1106 
16．7 基于斯托克斯矢量的偏振成像儀器 1109 
16．7．1 斯托克斯矢量偏振成像儀器概述 1109 
16．7．2 多角度偏振輻射計(jì) 1114 
16．8 共模抑制干涉及其應(yīng)用 1118 
16．8．1 共模抑制干涉技術(shù)概述 1118 
16．8．2 偏振光在零差激光干涉儀中的應(yīng)用 1122 
16．8．3 利用偏振干涉原理測(cè)量表面粗糙度的方法 1126 
16．8．4 光功率計(jì)分辨率對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響 1130 
16．8．5 在線測(cè)量表面粗糙度的共光路激光外差干涉儀 1132 
參考文獻(xiàn) 1134