本书以激光原理、激光技术、激光器件为基础，系统阐述了微光全息技术的基础理论和应用光电技术的基本知识，并在全息图复制、全息云纹干涉技术、光折变晶体的全息存储、二元光学与光刻技术、光子晶体材料及其在光子器件方面的应用，光学测试技术、光纤光栅传感技术、布里渊散射技术、发光现象及荧光光谱的应用等方面作了广泛的介绍。 本书共分15章，第1至第4章主要介绍了激光的基本原理、光学谐振腔、激光器的工作原理、典型激光器件。第5至第7章是激光全息学原理、体全息图、彩虹全息术及全息图的复制。第8至第15章为主要应用部分，包括激光全息云纹干涉、光折变晶体的全息存储、二元光学与光刻技术、光子晶体材料及其在光子器件方面的应用、光学测试技术、光纤光栅传感技术、布里渊散射技术和发光现象及荧光光谱的应用。 本书可作为光电信息科学与工程专业、电子科学与技术专业、测控技术与仪器专业的本科教材，亦可作为光学工程、仪器科学与技术专业的研究生教材以及大专院校相关专业师生的参考书。

目录

第1章激光的基本原理1 1.1激光器的设想和实现1 1.1.1爱因斯坦的受激辐射概念1 1.1.2微波激射器的发明2 1.1.3梅曼与世界第一台激光器2 1.1.4氦氖激光器的诞生3 1.2激光的基本概念与特性4 1.2.1什么是激光…4 1.2.2激光的特点4 1.2.3光与物质的相互作用6 1.3激光振荡的基本原理和基本条件9 1.3.1激光器的基本结构9 1.3.2激光振荡原理9 1.3.3激光纵模与横模振荡10 1.3.4辐射与物质相互作用的定量分析12 1.4激光谱线加宽及定量分析14 1.4.1光请线的加宽与线型函数…14 1.4.2光谱线的自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽15 1.4.3光谱线的均匀加宽、非均匀加宽和综合加宽16

第2章光学谐振腔18 2.1光在介质中的放大18 2.1.1光子态与光子简并度…18 2.1.2实现光放大的条件…19 2.1.3实现抽运的几种方法19 2.1.4多能级系统…20 2.1.5光的自激振荡…22 2.2激光模式与谐振腔的限模24 2.2.1驻波和纵模24 2.2.2谐振腔的限模作用…25

2.2.3光学谐振腔的损耗和Q值…26 2.2.4光学谐振腔各种损耗的计算28 2.3光学谐振腔………………30 2.3.1光学谐振腔的类型和结构·30 2.3.2光学谐振腔的稳定条件32 2.3.3谐振腔的特征光束…35 2.3.4多镜腔的稳定性…36 2.4高斯光束及其传输变换规律。39 2.4.1共焦腔的行波场与模体积…39 2.4.2高斯光束的基本性质39 2.4.3高斯光束的g参量40 2.4.4高斯光束g参量的ABCD定律40 2.5横模选择42 第3章激光器的工作原理45 3.1振荡阈值45 3.1.1激光振荡的阙值条件45 3.1.2烧孔现象47 3.1.3兰姆凹陷…48 3.2纵模模式竞争…48 3.2.1均匀加宽的模式竞争48 3.2.2空间烧孔现象…50

3.3单模激光器的线宽极限……………………50 3.4激光器的频率牵引效应……………………52 3.4.1摸牵引效应……………………………………52 3.4.2纵摸选择………………………………53 3.5脉冲激光器的工作原理……55 3.5.1脉冲激光器工作方式…55 3.5.2调Q激光器…55 3.5.3调Q的方法………56 3.6锁模激光器……………………58 3.7氦氖激光器的稳频……59 第4章典型激光器件61 4.1气体激光器…………61 4.1.1氦氖激光器61 4.1.2离子激光器64 4.1.3分子激光器…………67

4.2固体激光器69 4.2.1红宝石激光器69 4.2.2其他常用的固体激光器72 4.3半导体激光器…73 4.4其他激光器75 第5章激光全息学原理77 5.1概述…………77 5.1.1全息术的发明及应用77 5.1.2全息照相与普通照相的区别78 5.1.3全息照相的特点…79 5.2全息照相的基本原理…80 5.2.1参考光为平面光波的全息照相80 5.2.2参考光为球面光波的全息照相82 5.3全息图的类型……84 5.3.1按物体与记录介质的位置关系分类84 5.3.2按记录介质分类84 5.3.3按被照物体的种类分类85 5.4全息记录介质…86 5.4.1基本物理量的概念86 5.4.2卤化银乳胶89 5.4.3重铬酸盐明胶……………92

5.4.4光致抗蚀剂94 5.4.5光折变材料96 5.4.6其他全息记录材料98 第6章体全息图…100 6.1体全息图的几何分析100 6.1.1体全息图与平面全息图的区分100 6.1.2透射体全息图101 6.1.3反射全息图102 6.2体全息图的衍射效率103 6.2.1透射体全息图的衍射效率104 6.2.2反射体全息图的衍射效率105 6.3反射全息图的记录与再现106 6.3.1菲涅耳型反射全息图106 6.3.2像面全息图108 6.3.3多重记录的反射全息图109

6.4体全息图再现像的像质111 6.4.1厚银盐千板111 6.4.2重铬酸盐明胶(DCG)111 第7章彩虹全息术及全息图的复制112 7.1概述112 7.1.1彩虹全息术112 7.1.2彩虹全息术的发展112 7.2二步彩虹全息术...113 7.2.1二步彩虹全息术的原理和方法113 7.2.2二步彩虹全息术的像质分析115 7.3一步彩虹全息术117 7.3.1一步彩虹全息术的原理和方法117 7.3.2像散彩虹全息术118 7.3.3彩虹全息术的应用120 7.4基于多角度再现的分层次一步彩虹全息术121 7.4.1改进的一步彩虹全息术记录方法122 7.4.2多重记录、分层次的实现…123 7.4.3实现多重记录分层次的途径124 7.4.4光路参量设计与结果125 7.5全息图的复制126 7.5.1概述126

7.5.2激光复制126 7.5.3模压全息复制技术128 第8章激光全息云纹干涉…132 8.1全息云纹干涉法的研究与发展132 8.1.1全息云纹千涉法的特点 133 8.1.2微云纹干涉技术在新世纪的展望133 8.1.3云纹干涉技术在航空科技上的发展134 8.2全息云纹干涉法测试原理135 8.2.1全息云纹千涉法原理135 8.2.2云纹千涉法的实验设备140 8.3试件准备及零厚光栅的制备141 8.3.1试件研磨与抛光141 8.3.2试件栅的制作141 8.4合金材料的杨氏模量和泊松比的测量145 8.4.1云纹千涉法测定合金材料的弹性模量和泊松比………145

8.4.2合金材料的弹性模量和泊松比的测试146 8.4.3数据分析与误差分析148 8.5平面应变Kc法…151 8.5.1断裂韧性的测试实验原理…151 8.5.2金属材料平面应变断裂韧度Kc试验法152 8.6激光散斑干涉技术157 8.6.1散斑现象及其特点157 8.6.2散斑千涉原理157 8.6.3散斑千涉的记录与应用158 第9章光折变晶体的全息存储161 9.1信息与光学信息存储161 9.1.1信息与信息存储161 9.1.2光信息存储161 9.1.3光折变晶体全息存储的一般特点162 9.1.4光信息存储技术简介164 9.2全息存储系统166 9.2.1体全息存储原理166 9.2.2体全息存储系统的单元器件167 9.3光折变全息存储的复用技术169 9.3.1体光栅的角度选择性169 9.3.2光折变全息存储的复用技术171

9.4全息照相的一般装置172 9.4.1防震平台172 9.4.2常用光学元件173 第10章，二元光学与光刻技术175 10.1DMD在衍射光学元件制作上的应用175 10.1.1DMD的工作原理…175 10.1.2光刻制作工艺概述179 10.2光刻工艺180 10.3一种二元光学元件阵列微芯模的工艺设计183 10.3.1二元光学器件的制作方法183 10.3.2DMD工作原理…184 10.3.3DMD实验…185 10.4基于DMD的数字光刻技术制作曲面微透镜阵列188 10.4.1曲面微透镜阵列的数字光刻技术制作方法188 10.4.2曲面微透镜阵列数字掩模设计……………………………189

10.4.3曲面微透镜阵列数字光刻系统190 10.4.4曲面微透镜阵列数字光刻技术制作工艺流程…192 10.4.5曲面微透镜阵列数字光刻技术制作结果193 10.5基于掩模光刻技术和注塑成型制作衍射微光学元件…195 第11章光子晶体材料及其在光子器件方面的应用205 11.1光子晶体的概念205 11.2光子晶体特性…206 11.2.1光子带隙特性206 11.2.2光子局域特性206 11.2.3负折射效应207 11.2.4抑制自发辐射207 11.2.5非线性特性208 11.3光子晶体的制备方法208 11.3.1精密机械加工法208 11.3.2逐层堆积法208 11.3.3胶体自主装技术法209 11.3.4激光全息法209 11.4光子晶体的应用209 11.4.1光子晶体光波导209 11.4.2光子晶体谐振腔210 11.4.3光子晶体光纤211

11.4.4光子晶体光波导器件211 11.5典型的光子晶体器件设计211 11.5.1光子晶体波导滤波器件设计211 11.5.2光子晶体波导可控光强分束器设计215 11.5.3与非线性效应结合的光子器件设计220 第12章光学测试技术225 12.1条纹投影轮廓术的原理226 12.1.1条纹投影三雏面形测量原理227 12.1.2物体高度信息的获取…227 12.2傅里叶变换轮廓术228 12.2.1傅里叶变换轮廓术基本原理229 12.2.2双频光栅傅里叶变换轮廓术原理230 12.3相移法…233 12.3.1相移法…233 12.3.2时间相位展开法236

12.4彩色条纹投影方法237 12.4.1RGB颜色模型237 12.4.2彩色正弦条纹…238 12.4.3彩色通道串扰的分离239 12.5二进制条纹离焦投影方法…241 12.5.1二进制条纹离焦投影原理241 12.5.2二进制条纹离焦的优势242 12.6标定244 12.6.1系统结构标定244 12.62摄像机标定246 12.6.3标定实验249 12.6.4投影仪标定251 第13章光纤光栅传感技术254 13.1光纤传感器的特点和应用254 13.2光纤传感器的分类……254 13.3光纤光栅传感255 13.3.1光纤光栅传感机理255 13.3.2光纤光栅传感系统的基本结构256 13.3.3光纤光栅传感波长解调方式…256 13.4基于可调谐FFP的光纤光栅解调技术262 13.4.1可调谐FFP驱动电路的设计262

13.4.2数据采集265 13.4.3基于Labview的上位机设计268 第14章布里渊散射技术274 14.1光散射概述274 14.1.1光散射的物理机制275 14.1.2光散射的分类…276 14.1.3自发散射与受激散射278 14.2布里渊散射…279 14.2.1自发布里渊散射279 14.2.2受激布里渊散射282 14.3布里渊散射激光雷达技术284 14.3.1基本概论285 14.3.2自发布里渊散射激光探测技术286 14.3.3受激布里渊散射激光探测技术…289 第15章发光现象及荧光光谱的应用293

15.1发光现象………………293 15.1.1发光材料………………293 15.1.2激发方式…294 15.1.3发光特征295 15.2荧光光谱测量系统…296 15.2.1荧光光谱296 15.2.2光谱系统……296 15.3白光照明技术299 15.3.1白光的获得……299 15.3.2白光LED…………………300 15.4荧光传感技术………301 15.4.1荧光温度传感……………………301 15.4.2荧光pH值传感304