近年來，應用光學領域中出現了許多新技術。本書基於作者多年光學領域的研究和積累，繫統闡述了應用光學的現代理論和應用，並引入這些新技術。全書內容包括波面像差理論及幾何像差理論、以非球面和自由光學曲面簡化光學繫統設計、太陽能電站和現代高效照明中的非成像光學等；反映了應用光學中的前沿技術，如光學繫統焦深擴展與衍射極限的突破、微納光子學和表面等離子體微納光學設備中的光學繫統、自適應光學等；敘述了現代物理光學儀器的光學繫統原理，包括光電干涉光學繫統、光電光譜儀及分光光度光學繫統、偏振光電儀器光學繫統及偏振光成像技術等。本書既講解應用光學基礎理論，又涵蓋國內外應用光學領域*新的技術理論和實現方法，適合作為相關專業高校師生和廣大科研人員的參考書。

天津大學教授，博士生導師，專業方向：應用光學，光學設計，光學信息處理等。1958年9月天津大學精密儀器專業研究生畢業(當時無學位制)，曾任天津大學光學儀器教研室主任、現代光學儀器研究所所長。1995年 1月出任光電子信息工程國家教委開放實驗室主任，學術帶頭人。1983年被評為天津市特等勞動模範， “***中青年科技專家”，國務院特殊津貼與證書獲得者，天津市優秀教師等。1990年被選為國際光學工程學會(SPIE)Fellow。1992年被選為中共14大代表。曾任國務院學位委員會儀器儀表評審組成員，國家基金委員會光學及光電子評審組成員，863光電子專家組作為光計算與光互連責任專家，天津市高校職稱評委會副主任等職。中國光學學會常務理事，光電技術專業委員會主任，中國儀器儀表學會光機電及其集成分會等職，國家973計劃信息領域咨詢組副組長。完成科研項目38項，其中通過鋻定或評議24項(達到或部分成果達到國際水平者16項，部分技術屬者4項)，包括工業內窺繫列、粒度儀等6項已投產。另有863專家組驗收8項，基金結題8項(含重點、重大基金各1項)。發表論文200餘篇；獲發明專利2項, 全國科技大會獎及國家科技進步三等獎各一項；省部級科技進步一等獎2項，二等獎5項, 三等獎3項;已培養博士41人、博士後6人、碩士70餘人。

目 錄
第1章 現代應用光學基礎理論概述 1
1．1 概述 1
1．1．1 本書的背景 1
1．1．2 本書的內容安排 1
1．2 光學繫統設計中常用的光學材料特征參數 2
1．2．1 光學材料的光學參量 2
1．2．2 熱繫數及溫度變化效應的消除 4
1．2．3 其他玻璃數據 4
1．3 新型光學材料 5
1．3．1 新型光學材料概述 5
1．3．2 光學材料發展概況 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構和工作原理 16
1．4．3 STN-LCD技術 27
1．4．4 液晶光閥技術 32
1．4．5 硅上液晶（LCoS）反射式顯示器 36
1．4．6 光計算用SLM 38
1．5 電光源和光電探測器 38
1．5．1 電光源 38
1．5．2 激光器 41
1．5．3 光電導探測器 48
1．5．4 光伏探測器 49
1．5．5 位敏探測器 53
1．5．6 陣列型光電探測器 56
1．6 波像差像質評價基礎知識 59
1．6．1 光學繫統像差的坐標及符號規則 59
1．6．2 無像差成像概念和完善鏡頭聚焦衍射模式 60
參考文獻 63
第2章 光學非球面的應用 67
2．1 概述 67
2．2 非球面曲面方程 67
2．2．1 旋轉對稱的非球面方程 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 非球面的初級像差 71
2．3．1 波像差及其與垂軸像差的關繫 71
2．3．2 非球面的初級像差 73
2．3．3 折射錐面軸上物點波像差 75
2．3．4 折射錐面軸外物點波像差 76
2．4 微振（perturbed）光學繫統的初級像差計算 77
2．4．1 偏心（decentered）光學面 78
2．4．2 光學面的傾斜 80
2．4．3 間隔失調（despace）面 81
2．5 兩鏡繫統的理論基礎 82
2．5．1 兩鏡繫統的基本結構形式 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 常用的兩鏡繫統 85
2．6 二次圓錐曲面及其衍生高次項曲面 86
2．6．1 消球差的等光程折射非球面 86
2．6．2 經典卡塞格林繫統 87
2．6．3 格裡高裡繫統 88
2．6．4 隻消球差的其他特種情況 88
2．6．5 R-C（Ritchey-Chrétien）繫統及馬克蘇托夫繫統 89
2．6．6 等暈繫統的特殊情況 90
2．6．7 庫特（Cuder）繫統及同心繫統 91
2．6．8 史瓦希爾德（Schwarzschield）繫統 92
2．6．9 一個消四種初級像差 的繫統 93
2．6．10 無焦繫統 93
2．7 兩鏡繫統的具體設計過程 93
2．7．1 R-C繫統的設計 93
2．7．2 格裡高裡繫統與卡塞格林繫統 94
2．8 施密特光學繫統設計 95
2．8．1 施密特光學繫統的初級像差 95
2．8．2 施密特校正器的精確計算法 98
2．9 三反射鏡繫統設計示例 99
2．9．1 設計原則 99
2．9．2 設計過程分析 100
2．9．3 設計示例 101
參考文獻 103
第3章 衍件 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 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 臺階光學）相位光柵的衍射效率及其計算 114
3．4 通過衍射面的光線光路計算 115
3．5 衍射光學繫統初級像差 118
3．5．1 衍射光學透鏡的單色初級像差特性 118
3．5．2 折衍混合成像繫統中衍射結構的高折射率模型及PWC描述 121
3．5．3 P∞、W∞、C與折衍混合單透鏡結構的函數關繫 122
3．6 折衍光學透鏡的色散性質及色差的校正 123
3．6．1 折衍光學透鏡的等效阿貝數ν 123
3．6．2 用DOL實現消色差 124
3．6．3 折衍光學透鏡的部分色散及二級光譜的校正 125
3．7 衍射透鏡的熱變形特性 127
3．7．1 光熱膨脹繫數 127
3．7．2 消熱變形光學繫統的設計 129
3．7．3 折衍混合繫統消熱差繫統設計示例 130
3．8 衍射面的相位分布函數 132
3．8．1 用於平衡像差的衍射面的相位分布函數 132
3．8．2 用於平衡熱像差的衍射面的相位分布函數 133
3．9 多層衍件（multi-layer diffractive optical elements） 133
3．9．1 多層衍件的理論分析 134
3．9．2 多層衍件的結構 134
3．9．3 多層衍件材料的選擇 134
3．9．4 多層衍件的衍射效率 135
3．9．5 多層衍件在成像光學繫統中的應用舉例 136
3．10 諧衍射透鏡（HDL）及其成像特點 137
3．10．1 諧衍射透鏡 137
3．10．2 諧衍射透鏡的特點 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繫統設計示例 139
3．11 衍射光學軸錐鏡（簡稱衍射軸錐鏡） 143
3．11．1 衍射軸錐鏡 143
3．11．2 設計原理和方法 144
參考文獻 150
第4章 非對稱光學繫統像差理論 153
4．1 波像差與Zernike多項式概述 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）多項式 162
4．1．5 條紋（fringe）Zernike繫數 164
4．1．6 波前像差的綜合評價指標 165
4．1．7 色差 167
4．1．8 典件的像差特性 167
4．2 非對稱旋轉成像光學繫統中像差理論 174
4．2．1 重要概念簡介 174
4．2．2 傾斜非球面光學面處理 176
4．2．3 局部坐標繫統（LCS）近軸光方法計算單個光學面像差場中心 176
4．2．4 OAR的參數化 179
4．2．5 傾斜和偏心的光學面的定位像差場對稱中心矢量（像差場偏移量的推導） 181
4．2．6 基於實際光線計算單個面的像差場中心 182
4．2．7 失調光學繫統的波像差表示式 183
4．2．8 舉例：LCS近軸計算與其實際光線等價計算的比較 185
4．3 近圓光瞳非對稱光學繫統三級像差的描述 187
4．3．1 光學繫統的像差場為各個面的貢獻之和 187
4．3．2 帶有近圓光瞳的非旋轉對稱光學繫統中的三級像差 187
4．3．3 節點像差場 191
4．3．4 波前誤差以及光線的橫向像差 194
4．3．5 非對稱光學繫統中的三級畸變 195
4．4 非旋轉對稱光學繫統的多節點五級像差：球差 197
4．4．1 非旋轉對稱光學繫統像差概述 197
4．4．2 非旋轉對稱光學繫統的五級像差 198
4．4．3 五級像差的特征節點行為：球差族包括的各項 199
參考文獻 203
第5章 光學自由曲面的應用 205
5．1 光學自由曲面概述 205
5．2 參數曲線和曲面 206
5．2．1 曲線和曲面的參數表示 206
5．2．2 參數曲線的代數和幾何形式 210
5．3 Bézier曲線與曲面 212
5．3．1 Bézier曲線的數學描述和性質 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樣條曲線的數學描述和性質 217
5．4．2 B樣條曲線的性質 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 自由曲面稜鏡光學繫統 232
5．8．1 自由曲面稜鏡概述 232
5．8．2 矢量像差理論及初始結構確定方法 233
5．8．3 自由曲面稜鏡設計 236
5．8．4 用光學設計軟件設計含自由曲面的光學繫統 238
參考文獻 239
第6章 共形光學繫統 241
6．1 概述 241
6．1．1 共形光學繫統的一般要求 241
6．1．2 共形光學繫統的主要參量 244
6．1．3 共形光學繫統中的像差校正 250
6．1．4 共形光學繫統實際應用須考慮的問題 252
6．2 橢球整流罩的幾何特性及消像差條件在共形光學繫統中的應用 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構的像差特性 258
6．3 基於Wassermann-Wolf方程的共形光學繫統設計 259
6．3．1 共形光學繫統解決像差動態變化的方法概述 259
6．3．2 共形光學繫統的像差分析 260
6．3．3 Wassermann-Wolf非球面理論 261
6．3．4 利用Wassermann-Wolf原理設計共形光學繫統 265
6．4 折/反射橢球形整流罩光學繫統的設計 268
6．4．1 折/反射橢球形整流罩光學繫統的設計原則 269
6．4．2 橢球形整流罩像差分析 269
6．4．3 兩鏡校正繫統初始結構設計原理 269
6．4．4 用平面對稱矢量像差理論分析光學繫統像差特性 274
6．4．5 設計結果 275
6．5 共形光學繫統的動態像差校正技術 276
6．5．1 共形光學繫統的固定校正器 276
6．5．2 弧形校正器 278
6．5．3 基於軸向移動柱面―澤尼件的動態像差校正技術 280
6件在橢球整流罩導引頭光學繫統中的應用 283
6．6件的光學特性 284
6．6．衍件在橢球形整流罩導引頭光學繫統中的應用 286
6．6．3 利用衍/件進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繫統的設計 291
6．7 利用自由曲面進行微變焦共形光學繫統設計 295
6．7．1 自由曲面進行微變焦共形光學繫統的特點 295
6．7．2 利用自由曲面的像差校正方法 295
6．8 基於實際光線追跡的共形光學繫統設計概述 298
6．8．1 實際光線追跡設計方法可在共形光學繫統整個觀察視場內得到較好像質 298
6．8．2 實際光線追跡方法概述 299
參考文獻 302
第7章 非成像光學繫統 308
7．1 引言 308
7．1．1 太陽能熱發電技術簡介 308
7．1．2 太陽能光伏發電 311
7．1．3 照明非成像光學 312
7．2 非成像光學概述 314
7．2．1 非成像會聚器特性 314
7．2．2 光學擴展不變量 314
7．2．3 會聚度的定義 315
7．3 會聚器理論中的一些幾何光學概念 316
7．3．1 光學擴展量的幾何光學概念 316
7．3．2 在成像光學繫統中像差對會聚度的影響 317
7．3．3 光學擴展量（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 邊緣光線原理應用――“拉線”方法 322
7．5 復合拋物面會聚器（CPC） 324
7．5．1 光錐會聚器 324
7．5．2 復合拋物面會聚器（CPC）概述 324
7．5．3 復合拋物面會聚器的性質 326
7．5．4 增加復合拋物面會聚器的會聚角 328
7．6 同步多曲面設計方法 331
7．6．1 SMS方法設計會聚器概述 331
7．6．2 一個非成像透鏡的設計：RR會聚器 332
7．6．3 XR會聚器 335
7．6．4 RX會聚器 337
7．7 XX類會聚器 340
7．7．1 XX類會聚器的原理 340
7．7．2 RX1會聚器 341
7．7．3 RX1會聚器的三維分析 341
7．8 非成像光學用於LED照明 343
7．8．1 邊緣光線擴展度守恆原理和控制網格算法 344
7．8．2 LED的非成像光學繫統設計實例 346
7．8．3 大範圍照明光源設計（二維給定光分布設計） 347
7．9 非成像光學用於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浸沒式自由曲面透鏡設計方法 349
7．9．3 設計示例 351
參考文獻 353
第8章 光電光學繫統中緊湊型照相光學繫統設計 356
8．1 概述 356
8．1．1 數碼相機的組成 356
8．1．2 數碼相機中圖像傳感器CCD和CMOS的比較 357
8．1．3 數碼相機的分類 359
8．1．4 數碼相機的光學性能 364
8．1．5 數碼相機鏡頭的分類和特點 365
8．2 數碼相機鏡頭設計示例 367
8．2．1 球面定焦距鏡頭設計示例 367
8．2．2 非球面定焦距鏡頭設計示例 370
8．3 變焦距鏡頭設計示例 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據 373
8．3．3 折疊式（潛望式）變焦鏡頭示例 376
8．4 手機照相光學繫統 378
8．4．1 手機照相光學繫統概述 378
8．4．2 兩片型非球面手機物鏡設計示例 379
8．4．3 三片型手機物鏡設計 382
8．5 手機鏡頭新技術概述 385
8．5．1 自由曲面在手機鏡頭中的應用 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“仿生學的示例” 388
8．6．2 魚眼鏡頭基本結構的像差校正 390
8．6．3 魚眼鏡頭基本光學結構的演變 391
8．6．4 魚眼鏡頭的發展 391
8．6．5 魚眼鏡頭的光學性能 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 402
第9章 光學繫統焦深的擴展與衍射極限的突破 405
9．1 概述 405
9．1．1 擴展焦深概述 405
9．1．2 超衍射極限近場顯微術概述 409
9．1．3 遠場超分辨成像 418
9．2 光學成像繫統景深的延拓 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 增大景深的圓對稱相位模板 438
9．3 多環分區圓對稱相位模板設計 442
9．3．1 多環分區圓對稱相位模板的概念 442
9．3．2 多環分區圓對稱相位模板對應繫統的特性 448
9．3．3 圓對稱相位模板成像繫統的優缺點 450
9．3．4 初級像差的影響以及延拓景深圖像的復原 451
9．3．5 延拓景深相位模板繫統的圖像復原與其光學成像繫統的光學設計 456
9．3．6 延拓景深光學成像繫統的光學設計 460
9．4 軸錐鏡（axicon）擴展焦深 468
9．4．1 軸錐鏡 468
9．4．2 小焦斑長焦深激光焦點的衍射軸錐鏡的設計 476
9．5 近場光學與近場光學顯微鏡 478
9．5．1 近場光學概念 478
9．5．2 近場掃描光學顯微鏡（NSOM） 482
9．6 掃描探針顯微鏡 488
9．6．1 與隧道效應有關的顯微鏡 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 檢測材料不同組分的SFM技術 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 近場力 505
9．7．3 微懸臂力學 507
9．7．4 AFM探測器信號 508
9．7．5 原子力顯微鏡的測量模式 509
9．7．6 原子力顯微鏡檢測成像技術 512
9．7．7 AFM的優點和正在改進之處 513
9．7．8 電力顯微鏡（EFM） 513
9．8 遠場超高分辨率顯微術 516
9．8．1 遠場超高分辨率顯微術概述 516
9．8．2 4Pi顯微鏡 517
9．8．3 3D隨機光學重建顯微鏡（STORM） 519
9．8．4 平面光顯微鏡（SPIM）基本原理 520
9．8．5 福斯特共振能量轉移顯微鏡（FRETM） 521
9．8．6 全內反射熒光顯微鏡（TIRFM） 522
9．9 衍射光學組件用於掃描雙光子顯微鏡的景深擴展 524
9．9．1 遠場超分辨顯微鏡擴展焦深概述 524
9．9．2 擴展焦深顯微光學繫統設計 525
9．9．3 掃描雙光子顯微成像繫統的擴展景深實驗 528
參考文獻 532
第10章 自適應光學技術應用概述 542
10．1 引言 542
10．1．1 自適應光學技術的發展 542
10．1．2 自適應光學繫統 544
10．1．3 自適應光學應用技術 545
10．1．4 自適應光學在相控陣繫統中的應用 547
10．1．5 高能激光相控陣繫統簡介 549
10．2 自適應光學繫統原理 553
10．2．1 自適應光學概念 553
10．2．2 共光路/共模塊自適應光學原理及衍生光路 557
10．3 自適應光學繫統的基本組成原理和應用 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 激光導星原理及繫統 589
10．4 天文望遠鏡及其自適應光學繫統 601
10．4．1 2．16 m望遠鏡及其自適應光學繫統 601
10．4．2 自適應光學繫統 608
10．4．3 1．2 m望遠鏡自適應光學繫統 612
10．5 鎖相光纖準直器的自適應陣列實驗繫統 620
10．5．1 概述 620
10．5．2 光纖準直器的自適應陣列中的反饋控制 626
10．6 陣列光束優化式自適應光學的原理與算法 631
10．6．1 光學相控陣技術基本概念 631
10．6．2 優化算法自適應光學 633
10．6．3 陣列光束優化式自適應光學的原理與發展 634
10．6．4 陣列光束優化式自適應光學算法 635
10．7 自適應光學技術在自由空間光通信中的應用 642
10．7．1 自由空間光通信概述 642
10．7．2 自由空間光通信繫統概述 643
10．7．3 一些自由空間光通信的示例 649
10．7．4 自適應光學結合脈衝位置調制（PPM）改善光通信性能 653
10．7．5 無波前傳感自適應光學（AO）繫統 656
10．8 自由空間激光通信終端繫統原理 659
10．8．1 終端繫統結構和工作原理 659
10．8．2 激光收發子繫統 660
10．8．3 捕獲跟蹤瞄準（ATP）子繫統 662
10．8．4 光學平臺子繫統 662
10．8．5 衛星終端繫統概述 666
10．8．6 基於自適應光學技術的星載終端光學繫統方案示例 673
10．9 自適應光學技術的其他典型應用舉例 675
10．9．1 自適應光學技術在慣性約束聚變技術中的應用概述 675
10．9．2 自適應光學用於月球激光測距 679
10．9．3 自適應光學繫統在戰術激光武器中的應用簡介 682
10．9．4 自適應光學在醫學眼科成像中的應用 689
參考文獻 696
第11章 微納投影光刻技術導論 711
11．1 引言 711
11．2 光刻離軸照明技術 717
11．3 投影光刻掩模誤差補償 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 750
11．7 納米壓印光刻（NIL）技術 754
參考文獻 761
第12章 投影光刻物鏡 769
12．1 概述 769
12．1．1 光刻技術簡介 769
12．1．2 提高光刻機性能的關鍵技術 769
12．1．3 ArF光刻機研發進展 771
12．1．4 下一代光刻技術的研究進展 772
12．2 投影光刻物鏡的光學參量 772
12．2．1 投影光刻物鏡的光學特征 772
12．2．2 工作波長與光學材料 774
12．3 投影光刻物鏡結構形式 784
12．3．1 折射式投影物鏡結構形式 784
12．3．2 折射式光刻投影物鏡 785
12．3．3 深紫外（DUV）投影光刻物鏡設計要求 786
12．3．4 深紫外（DUV）非球面的投影光刻物鏡 786
12．3．5 光闌移動對投影光刻物鏡尺寸的影響 787
12．4 光刻物鏡的像質評價 788
12．4．1 波像差與分辨率 788
12．4．2 基於Zernike多項式的波像差分解 791
12．4．3 條紋Zernike多項式的不足與擴展 794
12．5 運動學安裝機理與物鏡像質精修 795
12．5．1 運動學安裝機理 795
12．5．2 物鏡像質精修 796
12．5．3 投影光刻物鏡的像質補償 796
12．6 進一步擴展NA 801
12．6．1 用Rayleigh公式中的因子擴展NA 801
12．6．2 非球面的引入 802
12．6．3 反件的引入 802
12．6．4 兩次曝光或兩次圖形曝光技術 803
12．7 浸沒式光刻技術 803
12．7．1 浸沒式光刻的原理 803
12．7．2 浸沒液體 804
12．7．3 浸沒式大數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趨勢 808
12．8 極紫外（EUV）光刻繫統 810
12．8．1 極紫外（EUV）光源 810
12．8．2 EUVL（extreme ultraviolet lithography）投影光刻繫統的主要技術要求 813
12．8．3 兩鏡EUV投影光刻物鏡 815
12．8．4 ETS 4鏡原型機 819
12．9 EUVL6鏡投影光學繫統設計 820
12．9．1 非球面6鏡投影光學繫統結構 820
12．9．2 分組設計法――漸進式優化設計6片（22 nm技術節點）
反射式非球面投影光刻物鏡 821
12．9．3 EUVL照明繫統設計要求 825
12．10 鞍點構建方法用於光刻物鏡設計 827
12．10．1 構建鞍點的價值函數的基本性質 827
12．10．2 鞍點構建 828
12．10．3 DUV光刻物鏡的樞紐 830
12．10．4 深紫外（DUV）光刻物鏡設計舉例 832
12．10．5 用鞍點構建方法設計EUV投影光刻繫統 835
12．10．6 極紫外（EUV）光刻物鏡舉例 836
12．10．7 鞍點構建設計方法中加入非球面設計概述 837
參考文獻 840
第13章 表面等離子體納米光子學應用 850
13．1 表面等離子體概述 850
13．1．1 表面等離子體相關概念 850
13．1．2 表面等離子體激發方式 852
13．2 SPP產生條件和色散關繫 854
13．2．1 電荷密度波（CWD）與激發SPP的條件 854
13．2．2 介電質/金屬結構中典型的SPP色散曲線 856
13．3 SPP的特征長度 858
13．3．1 概述 858
13．3．2 SPP的波長λSPP 859
13．3．3 SPP的傳播距離δSPP 860
13．3．4 實驗 862
13．3．5 SPP場的穿透深度δd和δm 863
13．4 SPP的透射增強 864
13．4．1 透射增強 864
13．4．2 圍繞單孔的同心環槽狀結構 865
13．4．3 平行於單狹縫的對稱線性槽陣列 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 超透鏡的構成 867
13．5．2 銀超透鏡 868
13．5．3 銀超透鏡成像實驗 869
13．6 SPP納米光刻技術 870
13．6．1 表面等離子體共振干涉納米光刻技術 870
13．6．2 基於背面曝光的無掩模表面等離干涉光刻 871
13．6．3 在納米球―金屬表面繫統中激發間隙模式用於亞30 nm表面等離光刻 873
13．6．4 用介電質―金屬多層結構等離子體干涉光刻 875
13．7 高分辨率並行寫入無掩模等離子體光刻 879
13．7．1 無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式多階聚焦方案 880
參考文獻 885
第14章 干涉技術與光電繫統 892
14．1 概述 892
14．1．1 經典干涉理論 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 傳統干涉儀的光學結構 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 激光干涉儀的光學結構 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 半導體激光干涉儀光學繫統 906
14．3．4 激光光柵干涉儀光學繫統 907
14．3．5 激光多波長干涉儀 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 波面與波形干涉繫統光學結構 921
14．4．1 稜鏡透鏡干涉儀光學繫統 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 數字波面干涉繫統 928
14．4．5 錐度的干涉測量光學結構 930
14．5 表面微觀形貌的干涉測量繫統 931
14．5．1 相移干涉儀光學結構 931
14．5．2 鎖相干涉儀光學結構 931
14．5．3 干涉顯微繫統光學結構 933
14．5．4 雙焦干涉顯微鏡光學結構 936
14．6 亞納米檢測干涉光學繫統 937
14．6．1 零差檢測干涉繫統 937
14．6．2 外差檢測干涉繫統 939
14．6．3 自混頻檢測繫統 940
14．6．4 自適應檢測繫統 942
14．7 X射線干涉儀繫統光學結構 943
14．7．1 X射線干涉儀的特點 943
14．7．2 X射線干涉儀的原理 944
14．7．3 X射線干涉儀的應用 944
14．8 瞬態光電干涉繫統 945
14．8．1 瞬態干涉光源 945
14．8．2 序列脈衝激光的高速記錄 946
14．9 數字全息干涉儀光學結構 948
14．10 光纖干涉光學繫統 952
14．10．1 光纖干涉基本原理 952
14．10．2 光纖干涉光學繫統結構 952
14．10．3 Sagnac干涉儀：光纖陀螺儀和激光陀螺儀 957
14．10．4 微分干涉儀光學結構 959
14．10．5 全保偏光纖邁克爾遜干涉儀光學結構 961
14．10．6 三光束光纖干涉儀光學結構 962
14．10．7 全光纖白光干涉儀光學結構 963
14．10．8 相位解調技術 965
參考文獻 969
第15章 光電光譜儀與分光光學繫統設計 972
15．1 光譜與光譜分析概述 972
15．1．1 光譜的形成和特點 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繫統 978
15．2．1 稜鏡繫統 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繫統設計 993
15．3．1 常用的光譜儀器光學繫統 993
15．3．2 光譜儀器光學繫統的初級像差 994
15．3．3 光譜儀器光學繫統的像差校正 997
15．3．4 反射式準直和成像繫統的像差 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繫統 1007
15．4 典型光電光譜儀器光學繫統設計 1008
15．4．1 攝譜儀和光電直讀光譜儀光學繫統設計 1008
15．4．2 單色儀和分光光度計光學繫統設計 1015
15．4．3 干涉光譜儀光學繫統設計 1027
15．5 激光光譜儀光學繫統設計 1030
15．5．1 激光光譜儀 1030
15．5．2 傅裡葉變換光譜儀光學繫統設計 1032
15．5．3 光譜成像儀光學繫統設計 1039
參考文獻 1042
第16章 光波的偏振態及其應用 1043
16．1 光波的偏振態 1043
16．1．1 橢圓偏振電磁場 1044
16．1．2 線偏振和圓偏振電磁場 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 偏件 1056
16．2．1 偏振片 1056
16．2．2 偏振稜鏡 1062
16．2．偏器 1067
16．3 偏振稜鏡設計與應用示例 1070
16．3．1 偏振耦合測試繫統中偏振稜鏡的設計 1070
16．3．2 高透射比偏光稜鏡 1073
16．3．3 高功率YVO4晶體偏振稜鏡 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 偏振光學用於水下成像 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繫統的設計 1088
16．5．3 斯托克斯圖像的測量方案 1091
16．6 橢圓偏振薄膜測厚技術 1095
16．6．1 薄膜測量方法概述 1095
16．6．2 橢偏測量技術的特點和原理 1096
16．6．3 橢偏測量繫統類型 1097
16．6．4 干涉式橢偏測量技術 1100
16．6．5 外差干涉橢圓偏振測量原理及光學繫統 1102
16．6．6 外差橢偏測量儀 1106
16．7 基於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 1114
16．8 共模抑制干涉及其應用 1118
16．8．1 共模抑制干涉技術概述 1118
16．8．2 偏振光在零差激光干涉儀中的應用 1122
16．8．3 利用偏振干涉原理測量表面粗糙度的方法 1126
16．8．4 光功率計分辨率對測量結果的影響 1130
16．8．5 在線測量表面粗糙度的共光路激光外差干涉儀 1132
參考文獻 1134