光學(xué)計(jì)量是利用光測量各種變量和數(shù)量的科學(xué)和技術(shù)。光具有雙重特性，即粒子性和波動(dòng)性。然而，這兩個(gè)特性并不是同時(shí)表現(xiàn)出來的。書中討論的所有測量技術(shù)均基于光的波動(dòng)性，也就是說被測變量（即待測量的量）可以改變光的一些波動(dòng)特性，例如振幅、相位、波長、頻率和偏振。截至目前，利用光作為傳感器和信息載體已經(jīng)研發(fā)了許多測量技術(shù)。 《光學(xué)計(jì)量導(dǎo)論》旨在向?qū)W生和研究人員介紹各種測量技術(shù)的理論和實(shí)踐。從這個(gè)意義上說，該書有別于其他光學(xué)計(jì)量相關(guān)書籍。
如果你的實(shí)驗(yàn)需要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，那么你應(yīng)該進(jìn)行一個(gè)更好的實(shí)驗(yàn)。
歐內(nèi)斯特·盧瑟福
光學(xué)計(jì)量是利用光測量各種變量和數(shù)量的科學(xué)和技術(shù)。光具有雙重特性，即粒子性和波動(dòng)性。然而，這兩個(gè)特性并不是同時(shí)表現(xiàn)出來的。本書中討論的所有測量技術(shù)均基于光的波動(dòng)性，也就是說被測變量（即待測量的量）可以改變光的一些波動(dòng)特性，例如振幅、相位、波長、頻率和偏振。截至目前，利用光作為傳感器和信息載體已經(jīng)研發(fā)了許多測量技術(shù)。
本書旨在向?qū)W生和研究人員介紹各種測量技術(shù)的理論和實(shí)踐。從這個(gè)意義上說，本書有別于其他光學(xué)計(jì)量相關(guān)書籍。第1章以光學(xué)為主題，對整本書進(jìn)行了概述。第2章介紹了通過自由空間和光學(xué)系統(tǒng)的激光傳播理論。由于本書中討論的大多數(shù)技術(shù)都采用激光作為光源，所以必須討論高斯光束的傳播方式以及獲得實(shí)驗(yàn)用準(zhǔn)直光束的準(zhǔn)直儀設(shè)置方式。
光學(xué)測量技術(shù)是通過對被測變量的光信號(hào)進(jìn)行檢測或記錄來實(shí)現(xiàn)的。早期照相乳劑用于記錄光學(xué)信號(hào)，現(xiàn)在照相乳劑已經(jīng)被陣列探測器取代。許多應(yīng)用中都使用光電探測器或光電倍增管作為傳感器。因此，第3章主要介紹光信號(hào)檢測和記錄的相關(guān)內(nèi)容。
如前所述，雖然波動(dòng)特性的任何一種特性都可用于測量，但通常使用相位進(jìn)行測量，這是因?yàn)橄辔粶y量可用于點(diǎn)式測量和全場測量，并提供高精度的測量結(jié)果。由于光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的探測器基本上都是能量檢測器，因此相位信息只能轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)信息，然后在一定的時(shí)間間隔內(nèi)對包含相位信息的光強(qiáng)信息記錄或測量。將相位信息轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)信息的這種技術(shù)稱為干涉法。這種技術(shù)有幾種形式，因此第4章主要介紹干涉法和移相法，移相法已納入干涉法中。
在過去的幾十年中，已經(jīng)研究了許多全場測量技術(shù)，并應(yīng)用于常規(guī)測量和工業(yè)測量中。第5章中將討論這些技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。第5章涉及的技術(shù)包括全息干涉測量法、散斑干涉測量法、莫爾現(xiàn)象、光彈和顯微術(shù)。首先需要對這些技術(shù)有基本的了解，然后才能理解后續(xù)章節(jié)中所述的各種測量技術(shù)的原理和功能。
第6章介紹了用于測量固體、液體和氣體折射率的各種技術(shù)原理。例如，利用偏向角、臨界角和布魯斯特角可以測量折射率，還可使用薄膜干涉測量折射率。除了材料的折射率之外，光學(xué)設(shè)計(jì)人員還需要了解曲率半徑的測量方法以及與成像光學(xué)元件相關(guān)的焦距測量方法。雖然這些參數(shù)的常規(guī)測量非常簡單，但當(dāng)測量范圍非常大，精度非常高時(shí)，復(fù)雜程度也會(huì)增加。第7章介紹了這兩個(gè)參數(shù)的各種測量方法。
第8章介紹了各種光學(xué)測試方法。光學(xué)測試通常是指測量光學(xué)系統(tǒng)出射的光波前形狀。一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以是一塊平板、一個(gè)棱鏡、一個(gè)復(fù)合透鏡或透鏡的組合。本章介紹了測量光學(xué)系統(tǒng)凹面、凸面、平面的表面面形誤差以及材料不均勻性等的方法。當(dāng)使用自準(zhǔn)直儀或干涉儀測量兩個(gè)表面之間的夾角時(shí)，測量精度不同。
第9章重點(diǎn)介紹這些方法。光學(xué)表面上鍍的薄膜能改變光學(xué)元件的光學(xué)性質(zhì)。這些薄膜也用于保護(hù)光學(xué)表面。第10章介紹了測量薄膜厚度的方法，如干涉法和偏振法。第11章介紹了一些速度測量法，其中包括基于多普勒現(xiàn)象的方法和粒子圖像測速方法。第12章介紹了基于光學(xué)技術(shù)的壓力測量技術(shù)。上述傳統(tǒng)方法可以使用光纖進(jìn)行改造，其優(yōu)點(diǎn)是使用光纖不僅使設(shè)備小型化，而且還給設(shè)備賦予光纖具備的所有其他優(yōu)點(diǎn)。第13章介紹了這些方法。第14章討論了長度測量。長度是光學(xué)計(jì)量中的主要測量參數(shù)，使用光學(xué)方法可以精確測量長度。
拉吉帕爾·S.西羅希博士，印度阿薩姆邦提斯浦爾大學(xué)物理系的講座教授。2000年至2009年期間，他曾擔(dān)任德里印度理工學(xué)院主任（2000年12月至2005年4月）、博帕爾巴卡圖拉大學(xué)副校長（2005年4月至2007年9月）、密魯特Shobhit大學(xué)副校長（2007年10月至2008年3月）以及齋浦爾拉賈斯坦邦亞米提大學(xué)副校長（2008年3月至2009年10月）。在此期間，他深入從事學(xué)術(shù)管理和研究工作。他還曾在印度班加羅爾的印度科學(xué)理工學(xué)院任職，并在印度金奈的印度馬德拉斯技術(shù)學(xué)院擔(dān)任過各種職務(wù)。
西羅希教授作為洪堡學(xué)者和獲獎(jiǎng)?wù)�，曾在德國工作過。他曾任俄亥俄州克利夫蘭凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的高級研究助理，并擔(dān)任印第安納州泰瑞豪特羅斯一霍曼理工學(xué)院的副教授和杰出學(xué)者。他一直擔(dān)任馬來西亞馬來亞大學(xué)高級研究所的ICTP（意大利里雅斯特國際理論物理中心）顧問，也是納米比亞大學(xué)的ICTP訪問科學(xué)家。他還一直擔(dān)任新加坡國立大學(xué)和瑞士洛桑市洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的客座教授。
西羅希教授也是印度和其他地方一些重要學(xué)院和協(xié)會(huì)的研究員，包括印度國家工程院、國家科學(xué)院、美國光學(xué)學(xué)會(huì)、印度光學(xué)學(xué)會(huì)、國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)（SPIE）似及印度儀器學(xué)會(huì)；他還是印度技術(shù)教育學(xué)會(huì)（ISTE）和印度計(jì)量學(xué)會(huì)的榮譽(yù)研究員。他是其他一些科學(xué)學(xué)會(huì)的成員，也是印度激光協(xié)會(huì)的創(chuàng)始成員。他還一直擔(dān)任國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)印度分會(huì)主席，該分會(huì)于1995年在印度馬德拉斯技術(shù)學(xué)院與國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)合作建立。他曾受邀作為日本學(xué)術(shù)振興會(huì)的研究員和日本工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)（JITA）的研究員前往日本。他一直擔(dān)任國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)教育委員會(huì)成員。
西羅希教授榮獲了以下各種組織頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng)：德國亞歷山大·馮·洪堡基金會(huì)的洪堡研究獎(jiǎng)（1995年）；國際光學(xué)委員會(huì)的伽利略·伽利萊獎(jiǎng)（1995年）；印度光學(xué)學(xué)會(huì)的亞米塔·德紀(jì)念獎(jiǎng)（1998年）；伊朗科學(xué)技術(shù)研究組織第13屆Khwarizmi國際獎(jiǎng)（2000年）；聯(lián)合國教科文組織的阿爾伯特·愛因斯坦銀獎(jiǎng)（2000年）；邁索爾塔薩卡里基金會(huì)的Y.T.塔薩卡里博士名譽(yù)獎(jiǎng)（2001年）；M.P.科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的2000年賈瓦哈拉爾·尼赫魯總理工程技術(shù)獎(jiǎng)（2002年授予）；NRDC技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)（2003年）；C.V.拉曼爵士獎(jiǎng)：大學(xué)撥款委員會(huì)（UGC） 2002年物理科學(xué)；印度國家公民獎(jiǎng)蓮花士勛章（2004年）；加爾各答印度科學(xué)會(huì)議協(xié)會(huì)的C.V.拉曼爵士百年誕辰獎(jiǎng)（2005年）；在德國斯圖加特舉行的第五屆國際會(huì)議期間，被授予全息騎士勛章（2005年）；金奈百歲老人信托基金頒發(fā)的“百歲塞瓦拉特納獎(jiǎng)”（2004年）；印度儀器學(xué)會(huì)獎(jiǎng)（2007年）；美國國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)加博爾獎(jiǎng)（2009年）；大學(xué)撥款委員會(huì)國家Hari Om Ashram信托獎(jiǎng)一大學(xué)撥款委員會(huì)霍米.J.巴巴應(yīng)用科學(xué)獎(jiǎng)（2005年）；印度理工學(xué)院德里分校頒發(fā)的杰出校友獎(jiǎng)（2013年）；美國國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)2014年維克拉姆獎(jiǎng)。
西羅希教授曾于1994年至1996年期間擔(dān)任印度光學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長。他還曾連續(xù)三屆擔(dān)任印度儀器學(xué)會(huì)會(huì)長（2003-2006年、2007-2009年、2010-2012年）。他一直在英國《現(xiàn)代光學(xué)雜志》國際顧問委員會(huì)以及《光學(xué)雜志》（印度）、Optik和《印度純粹與應(yīng)用物理雜志》的編輯委員會(huì)之列。他一直擔(dān)任《工程光學(xué)和激光》和《光學(xué)工程》的客座編輯，曾于1999-2013年8月期間擔(dān)任美國國際期刊《光學(xué)工程》的副主編，目前擔(dān)任該期刊的高級編輯。
西羅希教授共發(fā)表456篇論文，其中有244篇論文在國家期刊和國際期刊上發(fā)表，67篇論文在學(xué)術(shù)會(huì)議論文集中發(fā)表，145篇論文在學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表。他撰寫／合著／編輯了13冊書，其中包括國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)的5本里程碑著作。他是政府資助的機(jī)構(gòu)和行業(yè)贊助的26個(gè)項(xiàng)目的主要協(xié)調(diào)人；他已經(jīng)指導(dǎo)了25篇博士論文、7篇MS論文以及許多BTech、MSc和MTech論文。
西羅希教授的研究領(lǐng)域包括光學(xué)計(jì)量、光學(xué)儀器、激光儀器、全息術(shù)和散斑現(xiàn)象。
第1章 光學(xué)概述
1．1 引言
1．2 反射定律
1．3 折射定律
1．4 干涉
1．5 衍射
1．5．1 單色波傳播
1．5．2 基爾霍夫衍射理論
1．5．3 小角度近似
1．5．4 菲涅耳近似
1．5．5 夫瑯和費(fèi)近似
1．6 偏振
1．6．1 偏振橢圓
1．6．2 偏振態(tài)的表示法
1．7 菲涅耳方程式
1．8 薄膜光學(xué)
1．9 光學(xué)元件
1．9．1 反射元件
1．9．2 折射元件
1．9．3 衍射元件
1．10 彎曲界面折射
1．10．1 透鏡
1．11 近軸光學(xué)
1．11．1 平移矩陣
1．11．2 折射矩陣
1．11．3 薄透鏡矩陣
思考題
第2章 激光束
2．1 高斯光束
2．2 高斯光束的ABCD定律
2．2．1 目由空間傳播
2．2．2 通過透鏡傳播
2．3 激光準(zhǔn)直儀
2．4 渦旋光束
2．5 貝塞爾光束
思考題
第3章 源、探測器和記錄介質(zhì)
3．1 概述
3．2 輻射單位
3．3 黑體
3．4 光源
3．4．1 白熾鎢絲燈
3．4．2 鹵鎢燈
3．4．3 放電燈
3．4．4 相干源
3．5 探測器
3．5．1 眼睛
3．5．2 光電探測器
3．5．3 熱探測器
3．6 記錄介質(zhì)
3．6．1 照相／全息干板和膠片
3．6．2 重鉻酸鹽明膠
3．6．3 光阻材料
3．6．4 光敏聚合物
3．6．5 熱塑性塑料
3．6．6 光色材料
3．6．7 鐵電晶體
3．7 圖像探測器
3．7．1 時(shí)間延遲與集成運(yùn)行模式
3．8 空間光調(diào)制器
思考題
第4章 干涉法
4．1 概述
4．2 早期歷史
4．2．1 激光的出現(xiàn)
4．3 相干波／源的產(chǎn)生
……
第5章 技術(shù)
第6章 折射率的測量
第7章 曲率半徑與焦距的測量
第8章 光學(xué)測試
第9章 角度測量
第10章 厚度測量
第11章 速度測量
第12章 壓力測量
第13章 基于光纖和MEM的測量
第14章 長度測量
參考文獻(xiàn)
書單推薦
