中文：波像差；英文：wavefront aberration

波像差系列（一）-波像差概念前面對像差的討論是以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)，用光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)的實際光路相對于理想光路的偏離來度量的,統(tǒng)稱為幾何像差付鹿。它直觀澜汤、易算,可用其數(shù)值的大小來描述一點成像時蚜迅，幾何光線的密集程度，從而評估像質(zhì)的優(yōu)劣俊抵。但光線本身是一抽象的近似概念谁不，用它的密集程度來評價像質(zhì)，在很多場合下與實際情況并不符合徽诲，而且像差也不可能完全校正到零刹帕。人們把幾何像差分為多種，實際上光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量是像差的綜合影響谎替，各種像差之間具有很強的相關(guān)性偷溺。因此,必須考慮像差的較佳校正方案，并根據(jù)系統(tǒng)的使用要求和使用狀況給出合理的像差钱贯。這些像質(zhì)評價問題常須基于光的波動本質(zhì)才能解決挫掏。與上述像質(zhì)評價問題密切相關(guān)的是光學(xué)系統(tǒng) ...

波像差系列（二）-軸上點的波像差及其與球差的關(guān)系對于軸對稱光學(xué)系統(tǒng),軸上點發(fā)出的球面波經(jīng)系統(tǒng)以后，只是由于唯一的球差秩命，使出射波面變形而偏離于球面尉共。由于軸上點波面是軸對稱的，其波像差只需從波面與子午平面相截的截線上弃锐，取光軸以上的一方來考察即可袄友。如下圖所示,是波面的對稱軸(即系統(tǒng)的光軸），是系統(tǒng)的出瞳中心,實際波面上任意一點的法線交光軸于點霹菊。任取一參考點剧蚣，例如以高斯像點 A’為中心，作一在點相切于實際波面的參考球面它就是理想波面旋廷。顯然就是孔徑角為U'時的球差鸠按。光線交理想波面于M,則就是波面像差，簡稱波像差柳洋〈纾可見,波像差就是實際波面與理想波面之間的光程差,用W表示叹坦。規(guī)定實際波面在理想波面之后 ...

波像差系列（三）-軸外點的波像差及其與垂軸像差的關(guān)系軸外點光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后熊镣，一般已失去軸對稱性質(zhì)。因此不能像軸上點那樣募书，僅用一個量來描述其像差绪囱。通常用光線的垂軸像差的子午分量和弧矢分量來描述，相應(yīng)地,軸外點的波像差也將表示成與這兩個分量之間的關(guān)系莹捡。分別以出瞳中心o’和理想像面中心為原點,作瞳面坐標(biāo)和像面坐標(biāo)如上圖所示鬼吵。為軸外點B的實際波面，為以理想像點為中心所作的在出瞳中心o’處與實際波面相切或相交的理想?yún)⒖记蛎胬河Ｈ稳∫粭l光線齿椅，與波面,和高斯像面分別相交于和B'點,其坐標(biāo)分別為光線的方向余弦為cosα琉挖，cosβ，cosγ涣脚。顯然示辈，則在三個坐標(biāo)軸上的投影可以寫成：微分這些式子，并將第①式乘 ...

波像差系列（四）-波像差的一般表示式根據(jù)馬呂斯定律可知遣蚀，出射波面與人射波面之間是等光程的矾麻，只是因為光學(xué)系的像差，使出射的等光程面變形而偏離了球面形狀而已芭梯。因此险耀，光程差實際上反映在入射波面與參考球面之間，這樣玖喘，只要計算從物點發(fā)出的在半個入瞳面上按序分布的若千光線與參考球面交點之間的光程 就能求知各光線間的光程差了甩牺。鑒于參考球面與實際波面在出瞳中心相切或相交,該點(相當(dāng)于主光線)的波像差為零，因此各條光線的光程與主光線的光程之差即為各光線的波像差芒涡。對給定光學(xué)系統(tǒng)柴灯，光線由物面坐標(biāo)y和瞳面坐標(biāo)所確定。不同的光線波像差不同,故波像差一定是這些坐標(biāo)的函數(shù)费尽。因坐標(biāo)為的光線與坐標(biāo)為的光線具有完全相同的光路,故 ...

波像差系列（六）-色差的波像差顯示單色球面波經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后赠群，將由于像差而發(fā)生變形。如果物方球面波是復(fù)色的旱幼，那么查描，各色波面經(jīng)系統(tǒng)后，將因各自像差的不同而有不同程度的變形柏卤。二種色光冬三，如F光和C光的波面間的偏離量,可用來表征色差,稱之為波色差。這種用波像差概念來討論色差的方法缘缚，由 A.E. Conrady 在其著作《應(yīng)用光學(xué)和光學(xué)設(shè)計》一書中首先提出勾笆，即（D-d)方法。在(D-d)方法中,d表示光學(xué)系統(tǒng)中各光學(xué)零件沿光軸的厚度,D表示光線在相應(yīng)零件中的光路長度桥滨。所以窝爪，就是軸上點發(fā)出的某一光線與沿軸光線之間的光程差或波像差。按此齐媒，同一孔徑的F光和C光各自的光程差應(yīng)是和,二者之差即為波色差蒲每，以表示，有式中 ...

泛應(yīng)用于考察波像差影響因素的場合喻括，如大氣光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域邀杏；實際光束的S一般小于1唬血，S越接近1望蜡，則光束質(zhì)量越好唤崭。值得注意的是，斯特列爾比S 無法給出能量應(yīng)用型系統(tǒng)所關(guān)注的空間光強分布信息脖律。另外斯特列爾比S只能反映光束質(zhì)量的優(yōu)劣浩姥，對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化缺乏足夠的指導(dǎo)能力。4.光束傳播因子M最常用的光束質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)状您，被國際光學(xué)組織和國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO認(rèn)證的評價參數(shù)勒叠。光束傳播因子M 定義為光束空間束寬積ωθ與理想光束空間束寬積ω θ 之間的比值，公式為M =ωθ/ω θ 膏孟。M 因子同時考慮了束寬和遠(yuǎn)場發(fā)散角的變化對激光光束質(zhì)量的影響眯分。通常，激光光束在經(jīng)過理想的光學(xué)系統(tǒng)時柒桑，空間光束束寬積是不變量弊决，避免 ...

的光程差，即波像差為W魁淳，那么對于一個像差很小的光學(xué)系統(tǒng)來說中心點亮度S.D.與波像差W之間有相對簡單的關(guān)系飘诗，即S.D.=1- k^2 ˉ(W^2 )利用這種關(guān)系和上述S.D. >= 0.8的判據(jù)，就可以決定像差的最佳校正方案和像差的公差界逛。Strehl提出的中心點亮度S.D.>= 0.8的判據(jù)是評價小像差系統(tǒng)成像質(zhì)量的一個比較嚴(yán)格而又可靠的方法昆稿，但是缺點是計算起來相當(dāng)復(fù)雜，不便于實際應(yīng)用息拜。瑞利判斷瑞利判斷：實際波面與參考球面之間的最大偏離量溉潭，即波像差不超過1/4波長時，此時實際波面可認(rèn)為是無缺陷的少欺。該判斷提出兩個標(biāo)準(zhǔn)喳瓣，即：有特征意義的是波像差的最大值；波像差最大值的容許量不超過1/4 ...

和簡單的少量波像差,而是通過密集取樣光線追跡來評價光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量,包括幾何像差赞别、波面畏陕、光學(xué)傳遞西數(shù)在內(nèi)的各種評價指標(biāo)都可以迅速獲得。無論使用什么樣的光學(xué)設(shè)計軟件仿滔，在設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時,要得到像差獲得最佳校正的良好設(shè)計結(jié)果惠毁，都必須對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)反復(fù)修改。光學(xué)自動設(shè)計軟件的應(yīng)用只是加快了這一修改進程堤撵，但不可能跨越它仁讨。同時羽莺，軟件作為一種工具是要由人來使用的实昨，自動設(shè)計過程中人的干預(yù)仍然不可避免，并且在多數(shù)情況下還起決定性的作用盐固。由于一般的光學(xué)系統(tǒng)荒给，當(dāng)其結(jié)構(gòu)型式一定時丈挟，結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對高級像差的影響很小,所以，了解初級像差特征對于設(shè)計者來說具有重要意義志电。由之前的問問張已經(jīng)知道曙咽，光學(xué)系統(tǒng)的七種初級像差，分別 ...

方法與傳統(tǒng)的波像差法不同挑辆，但可以認(rèn)為是對相對差值的一種推廣例朱。這項工作將為畸變系統(tǒng)的一階光學(xué)成像和一階(三階)像差特征提供一個清晰的認(rèn)識。我們將給出常見類型的畸變系統(tǒng)的初級像差系數(shù)表達(dá)式鱼蝉，其形式類似于RSOS塞德爾像差洒嗤。那么到底什么是變形系統(tǒng)呢？變形系統(tǒng)是指含有兩個相互垂直的對稱平面的雙曲率曲面的成像系統(tǒng)魁亦。所謂雙曲曲面渔隶，是指在兩個垂直截面上曲率半徑不同的曲面。如下圖就顯示了一個雙曲曲面的例子洁奈。通過在整個系統(tǒng)中保持兩個對稱平面相互垂直间唉，變形系統(tǒng)將具有雙平面對稱。這兩個對稱面也被稱為變形系統(tǒng)的主要部分利术。由于光功率與曲率有關(guān)呈野，變形系統(tǒng)的每個主要部分具有不同的光功率，從而形成變形圖像印叁。兩個主截面的有效焦 ...

Z大偏離量（波像差）不超過1/4波長時际跪，此實際波面可認(rèn)為是無缺陷的。 該判斷提出兩個標(biāo)準(zhǔn)喉钢，即∶有特征意義的是波像差的Z大值姆打；波像差Z大值的容許量不超過λ/4。 但瑞利判斷是不夠嚴(yán)密的肠虽，它只考慮了波像差的Z大值幔戏，而未考慮波面上缺陷部分在整個面積中所占的比重。透鏡中的一個小氣泡或透鏡表面的一條很細(xì)的該痕税课，都會引起好幾個λ的波像差闲延，但這種缺陷只占波面上j小的局部區(qū)域，對成像質(zhì)量并無顯著影響韩玩。 瑞利判斷另一個問題是垒玲，光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定以后，與某一物點的成像光束對應(yīng)的實際波面也就隨之確定找颓，但一方面波像差將隨參考球面或參考點的選擇而異合愈，另一方面，在較佳參考點時，波像差Z大值的數(shù)值大小還隨像差的平衡方案 ...