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光學成像系統中的像差

成像系統的主要功能是盡可能多地收集從每個物體點發出的光，并使這些光錐再次匯聚到像面，從而使每個物體點被統一映射到其在像面上的對應物。這類系統的性能通常是根據物點和像點之間的對應關系維持得如何來判斷的，眾所周知的理論限制是由衍射現象造成的：即使在一個光學系統中，根據幾何光學定律，將來自一個物點的所有光線準確地映射到一個單一的、數學上的像點，衍射也會導致該像點被抹成一個小的、但尺寸有限的斑點。這種衍射受限的情況是成像系統設計的典型目標，衍射受限的領域有一個球形波面。與球形波面的幾何偏差被稱為 "像差"，并使用不同的多項式基數來描述，以幫助量化其強度和形狀�；�變的存在會增加圖像點的涂抹，從而降低成像系統的質量。

 

通過快速的物理光學軟件VirtualLab Fusion可以很好地研究像差效應。在本周的通訊中，我們選擇了兩個與像差有關的例子：第一個是典型的波前像差如何影響球面波的聚焦模式，第二個是高功率激光二極管的散光如何影響焦點區域的性能。使用自由空間傳播場解算器和局部平面界面近似法（LPIA），衍射、偏振和矢量這些可能會降低圖像的質量的效應都可以包括在研究中，。

 

球形波在焦點的像差效應
 

 

示例性地選擇了幾種典型的波前像差，并且針對不同強度的像差來研究所產生的焦點。
 

非球面透鏡背后的焦點研究

 

 

具有不對稱發散和散光的激光二極管首先被準直，然后被聚焦。詳細研究了焦域內光場的演化過程。