梯度折射率透鏡與普通透鏡不同巍虫，是一種非均勻介質(zhì)構成的透鏡彭则，在其內(nèi)部折射率是連續(xù)變化的。梯度折射率材料的使用占遥，給光學設計帶來了更多的自由度俯抖，并可以使光學系統(tǒng)結構簡化，減小了體積和重量瓦胎。本篇主要介紹梯度折射率介質(zhì)的分類以及梯度折率透鏡的像差校正原理芬萍，下一篇則會從公式和理論方面更加詳細地介紹梯度折射率介質(zhì)尤揣。
梯度折射率透鏡（一）
梯度折射率透鏡與普通透鏡不同，是一種非均勻介質(zhì)構成的透鏡柬祠，在其內(nèi)部折射率是連續(xù)變化的北戏。1815年英國物理學家Maxwell建立的魚眼透鏡理論是近代梯折光學的基礎。而光纖的問世促進了梯折光學理論的發(fā)展和梯度折射率材料的試制漫蛔。1971年嗜愈，英國光學家 D.T.Moore 設計了梯折單透鏡的成像光組，并計算出它的初級像差惩猫，成為較早的梯折透鏡設計理論芝硬。而梯度折射率材料的使用，給光學設計帶來了更多的自由度轧房，并可以使光學系統(tǒng)結構簡化拌阴，減小了體積和重量。本篇主要介紹梯度折射率介質(zhì)的分類以及梯度折率透鏡的像差校正原理奶镶，下一篇則會從公式和理論方面更加詳細地介紹梯度折射率介質(zhì)迟赃。
一、梯度折射率介質(zhì)按照其折射率的變化規(guī)律可以分成以下四種形式：
1. 徑向梯度折射率
這種材料中厂镇，各點的折射率是該點到光軸的徑向距離的函數(shù)纤壁。因此，其等折射率面是以光軸為軸線的圓柱面捺信。長而細者稱自聚焦纖維酌媒，短而相者叫做伍德透鏡。由于折射率從透鏡中心到邊緣呈徑向變化迄靠，用這種材料制成的垂直于軸線的平行平板具有透鏡的作用秒咨。當折射率梯度有細微變化時透鏡的聚焦性能就會有明顯的變化。用徑向梯度折射率介質(zhì)制成的球面透鏡具有非球面的作用掌挚。
2. 軸向梯度折射率
這種材科的折射率變化方向與光軸方向相同雨席。因此，其等折射率面是垂直于光軸的平面吠式。軸向梯度折射率介質(zhì)如果做成平行平板陡厘，則是無光焦度的。當至少有一個面為曲面時特占，就會產(chǎn)生光焦度糙置。球面的軸向梯度折射率透鏡等效于一個非球面透鏡。
3. 層狀梯度折射率
這種材料的等折射率面是平行于光軸的平面摩钙。因此罢低，在折射率的梯度方向，光線的軌跡與徑向梯度折射率介質(zhì)相同胖笛。在無梯度的方向网持，光線軌跡的投影為直線。
4. 球面梯度折射率
折射率隨徑向距離而變化长踊，等折射率面是同心球面功舀。球面梯度折射率介質(zhì)中的光線都是平面曲線，任何光線入射于這種介質(zhì)后身弊，只在該光線與球心構成的平面內(nèi)傳播辟汰。制造時，折射率梯度的對稱中心并不與表面的曲率中心重合阱佛。
二帖汞、梯度折射率透鏡的像差校正原理
如下圖所示，對于用常規(guī)均勻材料制成的單正透鏡凑术，應產(chǎn)生負球差翩蘸，即邊光交光軸于
，近軸光交光軸于
淮逊。以梯度折射率材料制作這種單透鏡時催首，使透鏡邊緣處折射率比透鏡中心處低，因而邊緣的會聚能力差泄鹏，可以使邊緣光線經(jīng)透鏡后也交光軸于
郎任。從而校正了邊緣光線的球差。適當選擇梯度折射率的分布备籽，可以使各環(huán)帶的光線均交于
點舶治，實現(xiàn)對軸上點的完善成像。因此车猬，梯度折射率透鏡的設計就是修改折射率分布函數(shù)霉猛，使整個系統(tǒng)的成像滿足像質(zhì)要求。因此诈唬，我們也可以知道梯度折射率材料的制備是保證梯折透鏡校正像差的關鍵韩脏。
相關文獻：
《幾何光學 像差 光學設計》（第三版）——李曉彤 岑兆豐
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