旋转双棱镜光束偏转技术基础

本书分别基于近轴近似、矢量形式的斯涅尔定律，通过偏转矢量叠加、非近轴光线追迹来研究旋转双棱镜系统的光束偏转机制。基于此理论分析基础，探讨系统出射光束指向与两棱镜旋转角位置间的内在联系，并进一步针对目标跟踪应用需求，分析棱镜旋转驱动与控制的非线性问题及奇异点问题。通过非近轴光线追迹，分析影响光束指向精度的误差源，给出指向误差与各误差源误差量之间的定量关系并估测各误差源的误差容限。针对系统的光束扫描应用，研究光束扫描路径、扫描图样、扫描性能与系统结构、棱镜旋转动态特性之间的联系。针对系统的视轴指向控制应用，分析棱镜引起的成像畸变及其校正方法，探讨成像跟踪中的视轴调节模型和方法。通过分析棱镜内表面的全反射，探讨旋转双棱镜系统的光束问题。
本书可为光学扫描、光电跟踪等领域的科研工作者和技术人员提供参考，也可供高校相关专业老师及博士、硕士、本科生参阅。

周远，湖南浏阳人，1976年12月生。中国科学院电工研究所博士毕业，现为长沙学院电子信息与电气工程学院副教授、中国光学学会会员、湖南省光学学会理事。主要研究方向为激光光束扫描、高分辨率成像等。承担湖南省自然科学基金项目、中国博士后基金项目等省部级科研项目5项，市厅级项目2项，横向项目2项，参与研究国家自然科学基金项目3项。在《Applied optics》《中国光学学报》等刊物以第一作者身份发表科研论文数十篇，主编教材1本，参写论文多篇。

第1章 光束偏转技术概述
1.1 光束偏转技术的应用背景
1.2 光束偏转装置的性能评价指标及技术难点
1.3 常见光束偏转装置分类
1.3.1 机械式束转系统
1.3.2 非机械式束转系统
1.3.3 微机械式束转系统
第2章 旋转双棱镜光束偏转技术概述
2.1 旋转双棱镜光束偏转系统
2.2 旋转双棱镜光束偏转技术中需要研究的关键问题
2.3 旋转双棱镜光束偏转技术研究现状
2.3.1 旋转双棱镜光束偏转基本理论研究
2.3.2 旋转双棱镜光束偏转中的关键问题研究
2.4 旋转双棱镜光束偏转设备开发
2.5 旋转双棱镜光束偏转技术应用
2.5.1 激光光束指向控制
2.5.2 成像视轴指向控制
第3章 旋转双棱镜光束偏转理论
3.1 旋转双棱镜光束偏转基本概念描述
3.1.1 光束方向的描述
3.1.2 旋转双棱镜束转系统的描述
3.2 单个棱镜的光束偏转
3.3 近轴近似理论模型分析旋转双棱镜光束偏转
3.3.1 基于近轴近似理论模型及分析方法解决正向解问题
3.3.2 基于近轴近似理论模型及分析方法解决逆向解问题
3.4 非近轴光线追迹理论模型分析旋转双棱镜光束偏转
3.4.1 矢量形式的斯涅尔定律
3.4.2 基于非近轴光线追迹理论模型及分析方法解决正向解问题
3.4.3 基于非近轴光线追迹理论模型及分析方法解决逆向解问题
3.5 两种理论模型分析结果的对比
3.5.1 两种理论模型方法得出的正向解对比分析
3.5.2 两种理论模型方法得出的逆向解对比分析
3.6 本章小结
第4章 光束转向率与棱镜转速间的非线性关系
4.1 概述
4.2 光束转向率与棱镜转速间的非线性分析
4.2.1 目标指向偏转角度的分析
4.2.2 径向和切向运动目标跟踪中光束转向率与棱镜转速间的关系
4.2.3 任意路径运动目标跟踪中光束转向率与棱镜转速间的关系
4.3 奇异性问题分析
4.3.1 观测场中央区分析
4.3.2 观测场边缘区分析
4.4 本章小结
第5章 旋转双棱镜光束指向误差分析
5.1 光学元件加工误差导致的光束指向误差
5.1.1 折射系数误差引起的系统指向误差
5.1.2 棱镜顶角误差引起的系统指向误差
5.2 棱镜转角方位误差导致的光束指向误差
5.3 系统装配误差导致的光束指向误差
5.3.1 棱镜倾斜引起的指向误差
5.3.2 旋转轴倾斜引起的指向误差
5.4 本章小结
第6章 旋转双棱镜光束扫描研究
6.1 旋转双棱镜光束扫描分析方法
6.2 光束一维线扫描及圆周扫描
6.3 光束二维面扫描
6.3.1 两棱镜同向旋转时光束二维面扫描
6.3.2 两棱镜反向旋转时光束二维面扫描
6.4 旋转双棱镜多种扫描的综合分析
6.5 本章小结
第7章 旋转双棱镜的成像视轴指向控制应用
7.1 旋转双棱镜引起的成像畸变
7.1.1 物空间入射光线描述
7.1.2 旋转双棱镜中成像光线的追迹
7.1.3 成像畸变分析
7.2 逆向光线追迹实现成像畸变校正
7.2.1 逆向光线追迹方法及成像畸变仿真
7.3 成像畸变及其校正的实验验证和分析
7.4 基于旋转双棱镜的成像跟踪分析
7.4.1 基于旋转双棱镜的成像视轴调节模型
7.4.2 目标像点脱靶量与目标指向相对系统视轴偏离量之间的非线性关系
7.5 成像跟踪中视轴调节需要的棱镜旋转角
7.6 本章小结
第8章 旋转双棱镜系统中的光束
8.1 系统光束传输分析
8.2 棱镜表面入射角分析
8.2.1 在轴入射光束在棱镜各表面上的入射角分析
8.2.2 轴外入射光束在棱镜各表面上的入射角分析
8.3 光束传输导致的系统结构和性能
8.3.1 在轴入射光束传输导致的棱镜顶角、旋转角位置及系统偏转力
8.3.2 轴外入射光束传输导致的系统角孔径和系统角视场
8.4 本章小结
参考文献