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《精密仪器设计与制造技术大全》 第一卷：现代光学传感器的原理与应用 本书全面深入地探讨了现代光学传感器的设计、制造、性能评估及前沿应用。内容涵盖了从基础的光学原理到尖端的光电转换技术，旨在为光学工程、精密仪器制造及相关科研领域提供一本系统而实用的参考手册。 第一章 基础光学与计量学 本章系统梳理了经典光学、几何光学和物理光学的基本定律和数学模型。重点介绍了光在介质中的传播特性、光的衍射与干涉现象，以及光束的形成与控制技术。同时，深入讲解了光度学和辐射度学的基本量和单位，阐述了光辐射测量中误差的来源与控制方法，为后续章节的传感器设计奠定坚实的理论基础。 1.1 光的波动性与几何光学基础 1.2 傅里叶光学与图像形成理论 1.3 激光基础：产生、特性与调制技术 1.4 光度学与辐射度学单位体系 第二章 光学元件的精密加工与表面计量 本章聚焦于高性能光学元件的制造工艺和质量控制。详细描述了传统研磨抛光技术（如CPC、双面研磨）的工艺流程、关键参数控制及效率优化。着重介绍了先进的非球面加工技术，如离子束抛光（IBF）、磁流变抛光（MRF）的原理、设备结构及对表面形貌的影响。此外，本章系统介绍了光学元件的表面形貌和面形误差的检测方法，包括干涉测量、偏振光检测以及原子力显微镜（AFM）在纳米级表面粗糙度评估中的应用。 2.1 玻璃材料的选择与预处理 2.2 研磨与抛光工艺参数优化 2.3 非球面与自由曲面加工技术 2.4 光学元件的表面质量评价标准与检测技术 第三章 常用光学传感器的结构与原理 本章剖析了当前主流光学传感器的核心结构和工作机理。内容涵盖了光纤传感器、光栅传感器和光学相干层析成像（OCT）系统。对光纤布拉格光栅（FBG）传感器的应力、温度响应模型进行了详细推导，并讨论了其多路复用技术。在光栅部分，重点分析了直线光栅和圆光栅的刻划精度、读数头设计及其在位移测量中的动态性能。OCT部分则侧重于低相干干涉原理在深度剖面测量中的应用及系统优化。 3.1 光纤传感器的基本结构与信号解调 3.2 光栅传感器的精度分析与误差补偿 3.3 光学干涉测量原理与应用（迈克尔逊、萨尼亚克干涉仪） 3.4 基于光学的非接触式三维形貌测量技术 第四卷：先进光电探测技术 本章深入探讨了光电探测器的物理特性、噪声抑制和信号处理技术。详细介绍了半导体光电二极管（PIN、APD）的响应机制、量子效率和带宽限制。针对不同应用场景，对比分析了CCD、CMOS图像传感器的像素结构、读出电路设计及低照度成像性能。本章特别强调了抗环境噪声的设计，包括热噪声、散粒噪声的建模以及在高速数据采集系统中如何应用数字滤波和锁相放大技术来提升信噪比（SNR）。 4.1 光电转换器件的物理特性与参数标定 4.2 图像传感器（CCD/CMOS）的噪声模型与抑制 4.3 高速光信号的采集与前端放大电路设计 4.4 弱光信号的同步检测与提取技术 第五章 传感器集成化与系统设计 本章着眼于光学传感器的系统集成与小型化挑战。介绍了微机电系统（MEMS）技术在光学器件，如微振镜、可调谐滤光片中的应用，探讨了如何实现高精度光学系统的微型化。系统设计部分侧重于仪器级的精度保障，包括机械结构的刚度设计、热膨胀补偿策略以及软件补偿算法的应用。最后，探讨了面向工业现场的传感器网络架构和远程诊断维护技术。 5.1 MEMS技术在微纳光学系统中的应用 5.2 光学仪器的机械稳定性与热分析 5.3 传感器数据采集与嵌入式处理系统 5.4 系统级误差分配与精度预算 本书适用于光学工程、仪器科学与技术、物理学及相关领域的本科高年级学生、研究生、工程师及科研人员。通过学习本书内容，读者将掌握设计和制造高精度、高可靠性光学测量设备所需的核心理论知识和实践技能。
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