激光测量技术
作者：孙长库
出版年： 2001年
本书系统地介绍了激光测量的基本原理、方法及应用,主要内容包括:激光的基本原理与技术、激光干涉测量技术、激光衍射测量技术、激光准直及多自由度测量技术、激光三维视觉测量技术等。
第一章激光原理及技术
第一节辐射理论概要
第二节激光产生的原理及条件
第三节激光的基本物理性质
第四节高斯光束
第五节稳频技术
第六节激光调制技术
第七节半导体激光器
第二章激光干涉测量技术
第一节激光干涉测量长度和位移
第二节激光小角度干涉仪
第三节激光外差干涉测量技术
第四节激光全息干涉测量技术
第五节激光散斑干涉测量技术
第六节激光光纤干涉测量技术
第七节激光多波长干涉测长技术
第三章激光衍射测量技术
第一节激光衍射测量原理
第二节激光衍射测量方法
第三节激光衍射测量的应用
第四章激光准直及多自由度测量
第一节激光准直测量原理
第二节激光准直仪的组成
第三节大气扰动及激光束漂移
第四节激光准直测量的应用
第五节激光多自由度测量技术
第五章激光视觉三维测量技术
第一节激光三角法测量原理
第二节激光视觉测量的基本原理
第三节激光视觉三维测量技术的应用第六章激光的其他测量技术
第一节激光多普勒(Doppler)测速技术第二节激光扫描测径技术
第三节激光测距技术。
激光测量技术第一章 激光原理与技术1、简并度：同一能级对应的不同的电子运动状态的数目；简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级，这样的能级叫 简并能级2、泵浦方式：光泵浦，电泵浦，化学泵浦，热泵浦3、激光产生三要素：泵浦，增益介质，谐振腔阀值条件:光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种 损耗之和.4、He-Ne 激光器的三种结构：【主要结构：激光管（放电管，电极，光学谐振腔）+电源+光学元件】 1）内腔式；2）外腔式；3）半内腔式5、激光器分类：1）工作波段：远红外、红外激光器；可见光激光器；紫外、真空紫外激光器；X 光激光器2）运转方式：连续激光器；脉冲激光器；超短脉冲激光器6、激光的基本物理性质：1）激光的方向性。
不同类型激光器的方向性差别很大，与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关。
气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性 ，最好！例1：对于直径3mm 腔镜的632.8nmHe-Ne 激光器输出光束，近衍射极限光束发散角为2）激光的高亮度。
3）单色性。
激光的频率受以下条件影响：能级分裂；腔长变化←泵浦、温度、振动4）相干性：时间相干性(同地异时)：同一光源的光经过不同的路径到达同一位置，尚能发生干涉，其经过的时间差τc 称为相干时间。
相干长度： 例 : He-Ne laser 的线宽和波长比值为10-7求Michelson 干涉仪的最大测量长度是多少？ 解： ，最大测量长度为Lmax=Lc/2=3.164m 。
空间相干性（同时异地）：同一时间，由空间不同的点发出的光波的相干性。
7、相邻两个纵模频率的间隔为谐振腔的作用：（1）提供正反馈；（2）选择激光的方向性；（3）提高激光的单色性。
例 设He-Ne 激光器腔长L 分别为0.30m 、1.0m,气体折射率n~1,试求纵模频率间隔各为多少?8、激光的横模：光场在横向不同的稳定分布，激光模式一般用TEMmnq 表示原因：激活介质的不均匀性，或谐振腔内插入元件（如布儒斯特窗）破坏了腔的旋转对称性。
基于激光准直原理的多自由度测量系统的研究的开题报告一、选题背景激光准直原理是近年来广泛应用于工业领域的一种测量方法。
这种方法可以在工业生产中精确地测量物体的尺寸和位置，从而实现高质量生产和制造。
多自由度测量系统是指可以同时测量物体的多个方向上的参数，可以满足不同的测量需求。
在很多领域，如机械制造、建筑工程、航空航天等，都需要进行多自由度测量，因此多自由度测量系统的研究具有重要的意义。
二、研究意义当前，工业生产中对精度和效率的要求越来越高，而多自由度测量系统可以提高测量效率并获得更精确的数据。
因此，研究基于激光准直原理的多自由度测量系统，可以满足工业生产对于精度和效率的要求，也可以为相关领域的研究提供技术和方法支持。
三、研究内容本研究旨在设计和实现基于激光准直原理的多自由度测量系统，并研究其在工业测量中的应用。
具体研究内容包括：1. 多自由度测量系统的设计和制作，包括硬件和软件设计；2. 激光准直原理在多自由度测量中的应用研究；3. 多自由度测量系统在不同领域的实际应用研究。
四、研究方法本研究将采用以下方法:1. 系统学习激光准直原理相关知识；2. 设计和制作多自由度测量系统的硬件和软件；3. 进行实验和数据分析，探究多自由度测量系统的测量精度和稳定性；4. 探究多自由度测量系统在不同领域的应用，并进行相关数据分析。
五、预期成果本研究预期达成以下成果：1. 完成基于激光准直原理的多自由度测量系统的设计和制作；2. 验证多自由度测量系统的测量精度和稳定性；3. 探究多自由度测量系统在不同领域的应用，并得到相关数据和实际效果。
六、研究进度安排本研究的进度安排如下：1. 第一阶段：激光准直原理学习和多自由度测量系统设计（两个月）；2. 第二阶段：多自由度测量系统制作和实验验证（三个月）；3. 第三阶段：多自由度测量系统的应用研究和数据分析（两个月）；4. 第四阶段：论文撰写和答辩准备（一个月）。
七、预期贡献本研究的预期贡献包括：1. 提出基于激光准直原理的多自由度测量系统的设计和制作方法；2. 探究多自由度测量系统在工业生产中的应用前景；3. 为相关领域的测量研究提供技术和方法支撑。
激光多自由度测量技术任何一个物体在空间都具有6个自由度，即3个方向的平动(z y ∆∆∆、、x )和绕3个方向轴的转动(z y θθθ、、x )，如图1所示。
被加工工件的定位、精密零部件的安装及目标物体在空间的运动位置和姿态，都需要多至6个自由度的测量和调整或控制。
由于生产加工技术自动化程度的提高、科学模拟实验过程中的环境限制、误差溯源的科学性及实验过程的高效性等要求，对多自由度的探测提出了更高要求，都希望能同时探测工件、零部件或目标物体在空间的多个自由度。
飞机型架以及其他精密部件装配的基本任务是它们在空间6个自由度的准确定位。
机器人的手臂在抓取和放置物体时，其手臂的姿态和位置也涉及到6个自由度的测量与控制。
在大间隙磁场悬挂和平衡系统(MSBS)中，模拟的飞行器模型依靠磁场力而悬浮在风洞里，要模拟飞行，必须对其位置、姿态各个参数进行测量，以便于控制。
机床是通过导轨或上作台来改变工件相对于切削刀具的相对位置，同一般物体一样，工作台也具有6个自由度，但常常只允许它们沿某一自由度运动，而不允许在其他5个自山度方向运动。
由于机床导轨运动副都具有3个回转自由度或称为角运动误差—俯仰、偏摆及滚转误差，同时沿3个坐标轴还具有3个平动误差。
当上作台在导轨上运动时，往往也就存在多维误差。
图2所示,为一个典型的仅在Z 方向运动的机床滑动架和它的五图1 空间物体的六自由图2 机床工作台多维几何误差维几何误差，包括两个线位移误差y ∆∆、x 和三个角位移误差z y θθθ、、x ,其中线位移误差与机床几何误差成线性关系，对机床加工性能的影响是很明显的。
一、两自由度测量激光准直仪可以同时测定两个自由度的位置偏差，它可分为平面型和反射型两种结构，其敏感元件常采用光电池和光敏电阻。
平面型光电池传感器结构原理如图3-a 所示，在激光束照射下，四块光电池1、2、3、4分别产生电压 V 1、V 2、V 3和V 4，当靶标中心偏离基准激光束中心△Y 时，V 1和V 3的差与△Y 成比例，即V 1 -V 3 =K △Y,其中K 是敏感系数。
