光学成像系统中的像差

成像系统的主要功能是尽可能多地收集从每个物体点发出的光，并使这些光锥再次汇聚到像面，从而使每个物体点被统一映射到其在像面上的对应物。这类系统的性能通常是根据物点和像点之间的对应关系维持得如何来判断的，众所周知的理论限制是由衍射现象造成的：即使在一个光学系统中，根据几何光学定律，将来自一个物点的所有光线准确地映射到一个单一的、数学上的像点，衍射也会导致该像点被抹成一个小的、但尺寸有限的斑点。这种衍射受限的情况是成像系统设计的典型目标，衍射受限的领域有一个球形波面。与球形波面的几何偏差被称为 "像差"，并使用不同的多项式基数来描述，以帮助量化其强度和形状。畸变的存在会增加图像点的涂抹，从而降低成像系统的质量。

 

通过快速的物理光学软件VirtualLab Fusion可以很好地研究像差效应。在本周的通讯中，我们选择了两个与像差有关的例子：第一个是典型的波前像差如何影响球面波的聚焦模式，第二个是高功率激光二极管的散光如何影响焦点区域的性能。使用自由空间传播场解算器和局部平面界面近似法（LPIA），衍射、偏振和矢量这些可能会降低图像的质量的效应都可以包括在研究中，。

 

球形波在焦点的像差效应
 

 

示例性地选择了几种典型的波前像差，并且针对不同强度的像差来研究所产生的焦点。
 

非球面透镜背后的焦点研究

 

 

具有不对称发散和散光的激光二极管首先被准直，然后被聚焦。详细研究了焦域内光场的演化过程。