非球面：不能用球面定义描述的面形（即不能用一个半径确定的面形），其中有旋转对称的非球面和非旋转对称的非球面；有关于轴对称的面形；有排列有规律的微结构阵列；有包含衍射结构的光学表面；还包含形状各异的自由曲面。
非球面主要指是旋转对称的非球面，能够用含有非球面系数的高次多项式来表示，其中心到边缘的曲率半径连续发生变化。离轴非球面是旋转对称非球面的一部分，但其所在部分的中心轴与旋转对称轴有偏离。
非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。
非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛，如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。
非球面透镜其中所带来的最显著的好处，就是它能够进行球面像差校正。球面像差是由使用球面表面来聚焦或对准光线而产生的。因此，换句话说，所有的球面表面，无论是否存在任何的测量误差和制造误差，都会出现球差，因此，它们都会需要一个不是球面的、或非球面的表面，对其进行校正。通过对圆锥常数和非球面系数进行调整，任何的非球面透镜都可以得到优化，以最大限度地减小像差。例如，请参考下图，其展示了一个带有显著球面像差的球面透镜，以及一个几乎没有任何球差的非球面透镜。球透镜中所出现的球差将让入射的光线往许多不同的定点聚焦，产生模糊的图像；而在非球面透镜中，所有不同的光线都会聚焦在同一个定点上，因此相较而言产生较不模糊及质量更加的图像。
尽管市面上也有着许许多多不同的技术来校正由球面表面所产生的像差，但是，这些其他的技术在成像性能和灵活性方面，都远远不及非球面透镜所能提供的。另一种广泛使用的技术包括了通过“缩小”透镜来增加f/#。虽然这么做可以提高图像的质量，但也将减少系统中的光通量，因此，这两者之间是存在权衡关系的。
而在另一方面，使用非球面透镜的时候，其额外的像差校正支持用户在实现高光通量（低f/#，高数值孔径）的系统设计同时，依然保持良好的图像质量。更高的光通量设计所导致的图像退化是可以持续的，因为一个轻微降低的图像质量所提供的性能仍然会高于球面系统所能提供的性能。
非球面透镜允许光学元件设计者使用比传统球面元件更少的光学元件数量来校正像差，因为前者为他们所提供的像差校正要多于后者使用多个表面所能提供的像差校正。例如，一般使用十个或更多透镜元件的变焦镜头，可以使用一两个非球面透镜来替换五六个球面透镜，并可以实现相同或更高的光学效果、降低生产成本，同时也降低系统的大小。
运用更多光学元件的光学系统可能会对光学和机械参数产生负面影响，因而带来更昂贵的机械公差、额外的校准步骤，以及更多的增透膜要求。以上所有的这些结果最终都会降低系统的整体实用性，因为用户将必须不停地为其增加支持组件。因此，在系统中加入非球面透镜（虽然非球面透镜价格相比f/#等同的单片透镜和双合透镜贵），实际上将会降低您的整体系统设计成本。
剖析非球面透镜
“非球面透镜”此术语涵括任何不属于球面的物件，然而我们在此处使用该术语时是在具体谈论非球面透镜的子集，即具有曲率半径且其半径会按透镜中心呈现径向改变的旋转对称光学元件。非球面途径能够改善图像质量，减少所需的元件数量，同时降低光学设计的成本。从数字相机和CD播放器，到高端显微镜物镜和荧光显微镜，非球面透镜无论是在光学、成像或是光子学行业的哪一方面，其应用发展都非常迅速，这是因为相比传统的球面光学元件而言，非球面透镜拥有了许许多多独特又显著的优点。
非球面透镜的传统定义如方程所示（由表面轮廓(sag)定义）:
其中:
Z = 平行于光轴的表面的表面轮廓
s = 与光轴之间的径向距离
C = 曲率，半径的倒数
k = 圆锥常数
A4、A6、A8...= 第4、6、8… 次非球面系数
当非球面系数相等于零的时候，所得出的非球面表面就相等于一个圆锥。下表显示，所产生的实际圆锥表面将取决于圆锥常数的量值大小以及正负符号。
非球面透镜最独具特色的几何特征就是其曲率半径会随着与光轴之间的距离而出现变化，相较之下，球面的半径始终都是不变的。该特殊的形状允许非球面透镜提供相较于标准球面表面而言更高的光学性能。
在过去几年，另两种使用正交项且逐渐普及的定义为Q-type非球面透镜。这类Q型非球面透镜，Qcon以及Qbfs让设计师能够透过使用正交系数更好地控制非球面透镜的优化过程，同时可降低制作非球面透镜所需的条件。
尺寸规格
加工方法按其特点可大致分成三类：
（1）材料去除加工法（Material RemovalProcess,简称MRP）是采用研磨、切削及能量束抛光等手段去除零件表面材料，使零件表面质量达到指标要求。该方法主要包括传统的研磨抛光法以及计算机控制加工法。传统的研磨抛光法是目前国内非球面光学零件的主要加工方法之一
计算机控制加工法通常包括计算机数控磨（车）削、数控研（抛）两类。
其中数控磨（车）削主要指数控铣磨和数控单点金刚石车削；
数控研（抛）主要包括数控小工具研抛、应力盘研抛、离子束抛光、等离子体辅助抛光以及近几年来刚刚发展起来的磁流变抛光、液体喷射抛光等。
（2）变形加工法主要包括应力变形法、热压成形法、光学玻璃透镜模压成形法及光学塑料注射成形光学玻璃透镜模压成形法及光学塑料注射成形、铸造成形和压制成形等。
（3）附加加工法是在光学元件的表面附加一层材料，使之形成所要求的非球面形状，主要包括真空镀膜法和复制成形法。
传统的研磨抛光
利用抛光盘与工件表面的相对滑动，借助抛光液及混与其中的磨料粒子与工件表面之间的机械化学和物理作用实现工件表面材料的去除。
该方法一般首先加工该非球面的最接近球面，视非球面与最接近球面的最大偏离量确定从哪一道工序开始把球面修改成形非球面。
非球面数控铣磨
利用精密砂轮在数控设备上直接把毛坯铣磨成为符合面形方程要求的非球面，铣磨时切削点相对工件做理想表面形状的扫描运动 ，可用于光学玻璃等脆硬材料的加工，铣磨结束后基本上都要经过抛光才能得到符合光学反射面要求。
单点金刚石车削技术
加工的材料主要有：有色金属、塑料和红外光学晶体等。
采用特殊刀具和工艺也可加工玻璃、钛、钨等材料。
特点是生产效率高、加工精度高、重复性好。
车削刀是单点金刚石车削技术的关键之一
材料:天然单晶金刚石 ，其优点：
硬度非常高，磨损率低；
能磨出极锋利的刀刃，刃口半径ρ值可以极小，能实现超薄厚度切削；
摩擦系数小、导热性好，产生的热量容易散失；
热膨胀系数小，易于使刀具几何形状在加工过程中保持不变，面形精度容易控制；
化学性质比较稳定、不易腐蚀，而且切削屑不易堆积 。
非球面的检测方法
1.几何光线检测法：
哈特曼法、光栅法和刀口法
2.直接的面形轮廓法
3.干涉法
非球面镜的应用领域：
激光应用：
（1）非球面镜应用于激光打标：激光打标已成为工商业环境中不可或缺的一部分。作为可靠的加工步骤，它们通过标记各种产品和生产件来实现识别和追溯。无论是圆珠笔上的公司名称、餐具上的商标、车辆内开关装置上的符号还是高性能光学系统上的参考编号。
成像与显示：
（1）非球面透镜应用于图像处理：图像处理被视为各行各业的关键技术，用于汽车行业、科学研究、现代医疗技术或质量控制等领域。图像处理基于特殊的相机系统，其图像由软件自动评估。图像处理系统使用生成的数据来检查和优化生产流程、识别组件、读取代码或引导机器。为了实现图像处理，需要高精度的的且可以聚焦入射光而没有球面像差的完美成像非球面镜， 随其紧凑的设计可实现更小的技术解决方案和最佳的图像质量。此外，可以通过高质量的涂层工艺改进结果。这些包括所用光学器件的抗反射涂层或特定波长的滤光层。可以通过高端精加工工艺在非球面透镜上进一步改进，这可以将表面的粗糙度值降至最低，从而实现更好的入射光线成像和聚焦。
（2）非球面透镜应用于工业激光投影：在现代工业中，激光投影系统用于将线条、点或整个轮廓投影到表面或材料上。在几秒钟内，可以可视化材料表面上组件的精确定位，可以显示轮廓，或者可以执行组件的位置检查。激光投影使生产过程更快、更灵活、更符合工人和工人的人体工程学。除了复杂的软件单元外，激光投影还基于高精度用于聚焦的非球面透镜，可以实现完美的图像，它没有球面像差并保证最佳的成像效果。
（3）非球面透镜应用于工业相机系统：工业相机系统用于捕捉图像、观察过程、将生成的数据传输到软件单元，并在必要时进行存储。最重要的部件是镜头。它的任务是通过镜头或镜头系统收集物体散射的光，并将图像聚焦在光敏传感器上。传感器将光信号转换为电磁辐射，并将其强度和频率转换为数据。数据由软件单元评估并用于相应的过程优化或评估。工业相机系统最重要的就是镜头，一般来说，尽可能低的失真和最佳的成像特性是工业相机系统中功能镜头的重要标准。
航天工业：
（1）非球面镜应用于卫星相机：在地球观测中，使用了高质量的相机系统。它们具有非常高的分辨率，可以详细捕捉地球上的事件。为了实现此类精密相机的高分辨率，需要强大而精确的光学元件。
半导体行业：
（1）非球面镜应用于晶圆检测：借助高质量的摄像系统，可以检查晶圆表面并检测与最佳表面的最小偏差。晶圆是方形或圆形薄盘，用作沉积电子元件的基板。晶圆用于各种领域，例如在光伏、微机械和半导体行业。对晶圆检查的要求非常高，因为必须生成低至纳米范围的晶圆微结构的极其详细的测量结果。高质量的光学元件构成了高性能相机系统的基础。
安全与安保：
（1）非球面透镜应用于激光瞄准：激光测距仪用途广泛。它们小巧、坚固且耐用，可集成到各种应用。在远足、打高尔夫球、飞行安全、建筑业或狩猎时，它们是精确测量距离的完美搭档。使用特殊的光学元件可以保证激光的准确测量，这些光学元件可确保完美的成像率并将整个系统的尺寸和重量降至最低。激光束和传感器都需要透镜，即所谓的发射器和接收器光学器件。其中一些镜头必须承受强烈的影响，如热、湿气和污垢。
（2）非球面镜应用于安全应用：光学安全应用领域不再局限于经典的观察系统，如监控摄像机。广泛的应用可以在包括平视显示器和热像仪在内的广泛行业中实现有效的控制、监控和检查。光学元件用于安全应用的应用领域每天都在增长。 结果是对更强大和更复杂的光学器件的需求不断增长。光学元件必须满足坚固耐用，必须可靠地承受日常使用。高温差、湿度或污染不得对光学系统的成像特性和性能产生负面影响。
（3）非球面透镜应用于热成像：热成像是一种成像方法，它捕获人体发出的热射线并将其显示为热图像在显示器上。热成像系统（也称为热成像相机）的基础是高质量的红外光学元件。对于经久耐用的热成像系统，需要坚固且高质量的红外光学元件，以完美的形式将所需的红外线传输到内置检测器。
汽车行业：
（1）非球面镜应用于驾驶辅助系统：在现代车辆中，大量内置摄像头可以使用驾驶员辅助系统（ADAS，高级驾驶辅助系统）。确保提高道路交通的安全性。最先进的相机系统的基础是高质量和坚固的光学元件，必须满足道路交通的高要求：极热和极冷、灰尘、湿气和振动不得影响所用光学元件的可靠性和耐用性，必须提供始终如一的良好成像特性。
（2）非球面透镜应用于夜间驾驶系统：夜间驾驶系统是现代车辆特有的驾驶辅助系统。夜间驾驶系统可以通过所谓的热成像摄像机系统实现。
（3）非球面镜应用于雷达系统：雷达系统（光探测和测距）用于生成周围环境的3D图像并确定临时距离和速度测量值。雷达系统还用于农业、气象学和海洋学。雷达系统及其中使用的光学器件必须能够承受各种环境影响，例如极热、极冷和灰尘，同时具有高度压缩但功能强大的设计。
工业工程：
（1）非球面透镜应用于机器视觉：机器视觉代表工业图像处理技术，它已发展成为生产过程自动化的重要脉冲发生器，被视为工业4.0的关键技术。摄像机拍摄的图像被传输到图像评估系统，该系统会处理这些信息，从而得出结论，以优化更高级别的过程控制系统对机器的使用。机器视觉基于最先进的光学技术，首先是高质量的相机系统。
（2）非球面透镜应用于光学质量控制：光学质量控制是指用于确定和确保生产产品质量的各种测试方法。这允许确定组件的数量，以及它们的尺寸，激光刻字的质量或表面特性。由于检查以光学方式进行，即没有接触，就没有损坏表面的风险。
生命科学：
（1）非球面镜应用于荧光显微镜：荧光显微镜可以进行形态学研究、纳米范围内的测量值分析以及大多数不同培养物的实时可见过程。 无论是在生物化学、生物物理学还是医学领域，快速、详细地检测明亮、多彩的荧光有助于荧光显微镜的测量过程。
（2）非球面透镜应用于内窥镜检查：内窥镜是一种通过目视检查和反射隐藏体腔而用于医疗领域的光学仪器。 通过在预防性护理检查或手术干预期间通过自然或人造身体开口引入内窥镜，可以实现身体内部的医学必要可视化。 另一个应用领域是工厂建设和机械工程，其中内窥镜可用于观察空腔，例如在机械维修方面。如今，现代内窥镜通常配备高质量的微型相机，这些相机具有用于成像目的的内置微型镜头。
（3）非球面透镜应用于眼科手术：眼科手术是眼科的一个深入领域。 借助成像程序和最新的测量技术，及早发现眼睛内部和表面的变化可以实现快速准确的诊断。高质量的光学元件构成了术前和术后检查成像程序的基础。借助集成镜头系统的高放大倍率可以对眼底进行详细的调查。
（4）非球面透镜应用于拉曼光谱：拉曼光谱可以分析气体、液体和固体。 在这个过程中，使用单色光照射物质产生的散射光，称为拉曼散射。拉曼光谱的目的是确定分子的振动和旋转状态及其成组表征，以确定材料的结构和化合物。为了获得有用的信息，必须从光束路径中滤除拉曼散射。
（5）非球面镜应用于显微镜：显微镜是观察肉眼看不到的微小物体。高分辨率物镜可通过待检查的最小样本的目镜实现最佳图像质量和各种放大倍率。精密的非球面镜可以对各种结构进行快速、准确和详细的放大。
（6）非球面镜应用于眼科学：眼科涉及眼睛的预防检查、治疗、诊断和术后控制。最先进的技术设备有助于快速检测眼睛的疾病和变化，并确定治疗方法。
（7）非球面镜应用于激光手术：激光已在现代医学中确立为表征和治疗身体变化和疾病的重要工具。 各种应用领域涵盖从眼科到牙科的各个领域。 使用医疗激光器的基础是精确聚焦、最佳光束集束和强大的激光保护的结合。
计量学：
（1）非球面透镜应用于红外测距仪：红外测距仪用于快速、精确地测量两点之间的距离。
（2）非球面镜应用于光学计量：光学测量技术包括多种不同的测量方法。这些包括光障系统、激光距离测量、干涉测量、光学相干断层扫描或显微镜。光学工业使用光学计量学，例如以干涉测量法的形式。光学测量方法通过高质量的光学元件等成为可能。随着无成像误差的非球面镜的小型化趋势，可以对越来越强大的光学器件提出非常高的要求。
（3）非球面镜应用于原子干涉法：高灵敏度和极其精密的仪器是复杂原子光学过程的先决条件。从光子到自由落体原子的有效相干脉冲传输只能通过激光束的恒定相位均匀性来实现。激光强度不均匀的结果是降低原子光学效率并降低对比度。
氟化钡介绍：
氟化钡（BaF2）晶体是碱土氟化物晶体。属于离子键立方晶体。透光范围宽，透过率高，折射率在较宽的波长范围内变化不大，吸水小，是一种良好的透红外材料，同时它可以抵消由于热膨胀和应力所引起的光学畸变，能保证光学性能和机械性能的稳定性，也是一种优良的激光窗口材料。
BaF2晶体还是一种具有独到之处的优良闪烁体，可以同时测量能谱和时间谱，能量分辨率和时间分辨率都较高，更是一种理想的闪烁晶体材料。在核物理、核医学、高能物理领域有着广泛的应用前景。目前国内各大分析仪器厂家都在使用。
氟化钡晶体广泛应用于高能物理探测器、红外视窗窗口元件等领域，尤其是在红外视窗上需求量巨大，在可以预见的一段时间内都将处于供不应求的状态。通常晶体采用坩埚下降法生长，每一炉次只可以制备一根毛坯。
近年来，随着这种红外窗口材料在国内消防、电力等行业的大力推广，电力设备关键测温元件的氟化钡红外晶体窗口的需求数量急剧增长，逐年大幅增加，氟化钡红外视窗材料的需求量巨大，传统生长技术已经难以满足市场对氟化钡晶体数量的需求。
我公司针对市场需求比较迫切的高品质氟化钡红外视窗窗口元件产品的问题，提出了在材料生产技术上将制备氟化钡晶体的石墨坩埚采用多孔坩埚代替传统的单孔坩埚的方案，同时对生产工艺进行改进，不仅能保证晶体的高品质，同时还能提高生产及加工效率，从而实现增产的目的。
该方法无需增加现有厂房或再投入大量生产设备及人员，可大幅提高单炉次的生产能力。氟化镁镀膜材料是另一类需求量较大的氟化物晶体产品。与红外视窗氟化钡相似的是，镀膜材料对单晶或多晶无严格要求，同样可采用多孔坩埚技术生长。
从客户反馈来看，产品质量完全满足使用要求。我公司已采用多孔坩埚生长氟化钡、氟化镁晶体多年，该技术已十分成熟。
透过率检测
检验设备：UV1801紫外可见分光光度计
样品：氟化钡晶体，直径不小于20 ~ 50mm，厚度10±0.5mm，通光面抛光光洁度达到80/50
合格要求：>85%@200nm-400nm，205nm无吸收，306nm吸收小于1%
氟化钡紫外-可见-近红外透过率曲线
氟化钡晶体红外透过率曲线
N-BK7：
N-BK7是最常用的光学材料，从可见到近红外（350-2000nm）具有优异的透过率，在望远镜、激光等领域有广泛应用。N-BK7是制备高质量光学元件最常用的光学玻璃，当不需要紫外熔融石英的额外优点（在紫外波段具有很好的透过率和较低的热膨胀系数）时，一般会选择N-BK7。
紫外熔融石英：
紫外熔融石英（JGS1，F_SILICA）从紫外到近红外波段（185-2100nm）都有很高的透过率，在深紫外区域具有很高透过率，使其广泛应用于紫外激光中。此外，与H-K9L（N-BK7）相比，紫外级熔融石英具有更好的均匀性和更低的热膨胀系数，使其特别适合应用于紫外到近红外波段，高功率激光和成像领域。
氟化钙：
由于氟化钙（CaF2）在波长180nm-8um之内的透射率很高（尤其在350nm-7um波段透过率超过90%），折射率低（对于180 nm到8.0um的工作波长范围，其折射率变化范围为1.35到1.51）因此即使不镀膜也有较高的透射。它经常被用做分光计的窗口片以及镜头上，也可用在热成像系统中。另外，由于它有较高的激光损伤阈值，在准分子激光器中有很好的应用。氟化钙与氟化钡、氟化镁等同类物质相比具有更高的硬度。
氟化钡：
氟化钡材料从200nm-11um区域内透射率很高。尽管此特性与氟化钙相似，但氟化钡在10.0um 以后仍有更好的透过，而氟化钙却是直线下降的；而且氟化钡能耐更强的高能辐射。然而，氟化钡缺点是抗水性能较差。当接触到水后，在500℃时性能发生明显退化，但在干燥的环境中，它可用于高达800℃的应用。同时氟化钡有着优良的闪烁性能，可以制成红外和紫外等各类光学元件。应当注意：当操作由氟化钡制作的光学元件时，必须始终佩戴手套，并在处理完以后彻底清洗双手。
氟化镁：
氟化镁在许多紫外和红外应用中备受欢迎，是200nm-6um波长范围内应用的理想选择。与其它材料相比，氟化镁在深紫外和远红外波长范围尤其耐用。氟化镁是一种强力的材料，可用于抵抗化学腐蚀、激光损伤、机械冲击和热冲击。其材质比氟化钙晶体硬，但与熔融石英比较相对较软，并且具有轻微的水解。它的努氏硬度为415，折射率为1.38。
硒化锌：
硒化锌在600nm-16um波段内具有很高透过率，常用于热成像、红外成像、以及医疗系统等方面。而且由于硒化锌吸收率低，特别适用于大功率CO2激光器中。应当注意：硒化锌材料相对较软（努氏硬度为120），容易擦花，建议不要用于严酷环境。在手持、以及清洁时要加倍小心，捏持或擦拭时用力要均匀，最好带上手套或橡胶指套，以防玷污。不能用镊子或其它工具夹持。
硅：
硅适合用于1.2-8um区域的近红外波段。因为硅材料具有密度小的特点（其密度是锗材料或硒化锌材料的一半），在一些对重量要求敏感的场合尤为适用，特别在3-5um波段的应用。硅的努氏硬度为1150，比锗硬，没有锗易碎。然而，由于它在9um处有强的吸收带，因此并不适合用于二氧化碳激光器的透射应用。
锗：
锗适合用2-16um区域的近红外波段，很适合用于红外激光。由于锗具有高折射率、表面最小曲率和色差小的特性，在低功率成像系统中，通常不需要修正。但是锗受温度影响较为严重，透过率随温度的升高而降低，因此，只能在100℃以下应用。在设计对重量有严格要求的系统的时候要考虑锗的密度(5.33g/cm3)。锗平凸透镜采用精密金刚石车床车削表面，这一特征使其非常适合于多种红外线应用，包括热成像系统、红外线分光镜、遥测技术和前视红外（FLIR）领域中。
CVD 硫化锌：
CVD ZnS是除金刚石外，唯一透射波段覆盖可见光到长波红外，全波段乃至微波波段的红外光学材料, 是目前最重要的长波红外窗口材料(既可用作高分辨率红外热像系统的窗口和透镜，也可用作“三光合 一”光窗、近红外激光/双色红外复合光窗等先进军事用途。
可见光
指能引起视觉的电磁波。可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。
红外光谱（infrared spectra）
指以波长或波数为横坐标以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。按红外射线的波长范围，可粗略地分为近红外光谱（波段为0.8～2.5微米）、中红外光谱（2.5～25微米）和远红外光谱（25～1000微米）。对物质自发发射或受激发射的红外射线进行分光，可得到红外发射光谱，物质的红外发射光谱主要决定于物质的温度和化学组成；对被物质所吸收的红外射线进行分光，可得到红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，它是一种分子光谱。分子的红外吸收光谱属于带状光谱。原子也有红外发射和吸收光谱，但都是线状光谱。
紫外光谱
紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波，由低能级跃近到高能级而产生的一种光谱，也称之为电子光谱。目前使用的紫外光谱仪波长范围是200~800nm。其基本原理是用不同波长的近紫外光（200~400nm）依次照一定浓度的被测样品溶液时，就会发现部分波长的光被吸收。如果以波长λ为横坐标（单位nm），吸收度 （absorbance）A为纵坐标作图，即得到紫外光谱（ultra violet spectra，简称UV）。
球面透镜定义：
把玻璃等透明物质磨成圆形薄片，使其两表面都为曲面或有一面为平面即制成透镜。其作用是通过它的两个表面的折射使光束会聚或发散，以及在任何要求的位置形成物体的像。
(1)主光轴。通过透镜两个球面曲率中心的直线，简称主轴。
(2)光心。主轴上的一确定点，通过该点的光线射出透镜时的光线和射入透镜时的光线方向平行，但有侧移。可以证明，透镜的光心跟它的两球面曲率中心的距离与两曲率半径成正比，因此，只有曲率半径相等时，光心和透镜中心才重合，一般情况下，光心的位置因两球面曲率半径的不同而有差异，并且光心不一定在透镜内部。
(3)副轴。即除主轴外，通过光心的其他直线都叫副轴。若透镜厚度比两球面的曲率半径小得多，则叫做薄透镜。
(4)焦点。平行主光轴入射光束经透镜折射后相交，或反向延长线相交的交点叫透镜的主焦点，前者叫实焦点，后者叫虚焦点，通常用F表示，按焦点所在空间，把物方空间的焦点称为物方焦点，又称第一焦点，用F1表示; 把像方空间的焦点称为像方焦点，又称第二焦点，用F2表示。F1和F2分居透镜两侧。
(5)焦距。即薄透镜中心(即光心) 到焦点的距离。第一焦距用f1表示，第二焦距用f2表示。对薄双凸或双凹透镜f1=f2，所以一般只用f表示焦距。
(6)焦平面，即通过透镜主焦点且垂直于主光轴的平面。
(7)副焦点。即平行于跟主光轴夹角不大的副光轴的光线经透镜折射后会聚或发散光线的反向延长线会聚于该副轴上的一点，副焦点都在焦平面上。
双凸：曲率越?，焦距越短。对称特性使它的球差最?。当双凸透镜系统完全对称时（1:1 放?），球差、惠差以及畸变均达到最?。凸透镜主要?于聚焦或者像放?。
平凸：光路中，曲??向平?光，平?朝向焦点。常被?来准直发散的光束或者复杂光路的聚焦。
??凸：它常跟别的透镜配合使?以产?更长或者更短的焦距。例如将??凸透镜放在?个平凸透镜后以缩短焦距?不降低光学系统性能。它凹?的曲率略?于凸?的，?的是能产??个实相。
负透镜包括双凹、平凹以及??凹（中?薄于边缘）。
双凹透镜，?来使光线发散和缩?像的尺?，也被?作增加光学系统的焦距和准直汇聚的光束。
平凹透镜，负焦距，产?虚像，可?作阔束或增?focal length 。
??凹透镜，也叫凸凹透镜，?作减少或消除透镜间耦合时产?的附件的球差或惠差。
什么是焦距？
焦距也称为焦长，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片光学中心到底片、CCD或CMOS等成像平面的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳聚集光的能力。
凸透镜（convex lens）能成像，一般用凸透镜做照相机的镜头时，它成的最清晰的像一般不会正好落在焦点上，或者说，最清晰的像到光心的距离(像距)一般不等于焦距，而是略大于焦距。具体的距离与被照的物体与镜头的距离（物距）有关，物距越大，像距越小，(但实际上总是大于焦距)。
什么是透镜的曲率半径?
透镜是前后两个表面都是弯曲形状的，前后两个完全的表面就相当于一个球面的一部分，那么这个球面一定有一个半径，这个半径就是透镜的曲率半径，通常分为前后表面各自的曲率半径。
透镜的焦距和曲率半径关系
对在空气中厚度为d，曲率半径为R1和R2的透镜，有效焦距为：
1/f=(n－1)[1/R1－1/R2+(n－1)d/nR1R2]
此处n是透镜材料的折射率，数值1/f就是这个透镜的光学倍率，f是焦距。可见，透镜材料的折射率n越小，透镜的焦距越大。
焦距以最常见的标示习惯，如果第一个表面的透镜是凸透镜，R1的数值是正值，如果是凹透镜则是负值；如果第二个表面是凹透镜，R2的数值是正值，如果是凸透镜则是负值。要注意的是，即使如此，不同的作者仍可能会有不同的标示习惯。
对一个球形曲率的镜子，焦距等于镜子的曲率半径的一半。凸面镜的焦距是正值，凹面镜的焦距是负值。
曲率半径介绍
曲率半径主要是用来描述曲线上某处曲线弯曲变化的程度，特殊的如：圆上各个地方的弯曲程度都是一样的故曲率半径就是该圆的半径;直线不弯曲，和直线在该点相切的圆的半径可以任意大，所以曲率是0，故直线没有曲率半径，或记曲率半径为无穷。
圆形半径越大，弯曲程度就越小，也就越近似于一条直线。所以说，曲率半径越大曲率越小，反之亦然。
如果对于某条曲线上的某个点可以找到一个与其曲率相等的圆形，那么曲线上这个点的曲率半径就是该圆形的半径(注意，是这个点的曲率半径，其他点有其他的曲率半径)。
也可以这样理解：就是把那一段曲线尽可能地微分，直到最后近似为一个圆弧，此圆弧所对应的半径即为曲线上该点的曲率半径。
表面光洁度的定义及检测
表面光洁度、表面粗糙度和表面平整度是三个容易相互混淆的概念。表面光洁度从严格意义上来说是表面粗糙度的另一称法，但这两者的概念还是有所区别。表面光洁度是基于人的视觉所提出来的概念，而表面粗糙度是由于元件在加工的过程中刀具与元件表面摩擦或高频振动在光学元件表面形成微观几何形状来定义的。由于光学元件表面粗糙度计算比较复杂，因此，借助光源使用肉眼观察光学元件的光洁度更直观的来检测光学质量。
随着精密激光技术的不断发展，对表面光洁度的要求越来越高。尤其在高功率激光系统中，光学元件的表面质量是限制其进一步发展的重要因素之一。光学元件表面质量的好坏会直接影响整个光学系统的性能，想要使光学仪器设备能更高效地工作，不仅要在加工时注意光学元件的表面质量，还要做好对成品元件的检测工作，因此如何更好地检测光学镜片光洁度将成为重要指标之一。
一、表面光洁度检验方法
1、中国标准规定，检验时应以黑色屏幕为背景，光源为36V、60W~108W的普通白炽灯泡，在透射光或反射光下用4×~10×放大镜观察。
2、俄国标准规定，检验时光源为60W~100W的普通白炽灯泡，在透射光或反射光下观察。检验像面附近的光学表面时应采用不小于6×放大镜，检验Ⅰ~Ⅲ级的光学表面时应采用不大于6×放大镜，检验低于Ⅳ级的光学表面时不采用放大镜。
3、美军标准规定，方法1：检验时以磨砂玻璃为背景观察零件，光源为40W的日光灯，放在玻璃后面3cm
处。玻璃正面放2根以上的无光泽横条与玻璃接触；横条约占玻璃面积一半；方法2：40γ的日光灯的灯光透过磨砂玻璃后再透过零件，借助零件表面散射光观察疵病。观察时应以黑色为背景。
二、表面光洁度的定义及判定方法
表面缺陷标准：根据美国军方标准《MIL-O-13830B》，用两组数字表示表面缺陷大小。例如40-20，前者限制划痕大小，后者限制麻点大小。道子、亮路、伤、擦痕都统称为划痕。斑点、坑点、点子 都称为麻点。规定长与宽的比大于4：1的为划痕；长与宽的比小于4：1的为麻点。
当元件的不同区域表面光洁度要求不一样时，计算等效直径应以区域进行，即表面质量要求高的内区域其等效直径以内区域为准（如有效孔径的区域）；表面质量要求低的外区域计算为整体元件的等效直径。
表面粗糙度对零件的影响主要表现在以下几个方面：
1、影响耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，摩擦阻力越大，磨损就越快。
2、影响配合的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了连接强度。
3、影响疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。
光圈，PV，rms，这几个词在光学加工中经常遇到，但不同的人有不同的理解，甚至同一个公司的人都难以达成一致的理解．
一般评价表面面形主要有三种，光圈 局部光圈；干涉仪计算得到的 pv rms； 还有就是ISO10110-5里面的一些指标
光圈理解为参考和被测之间的半径差：
样板法时不管是平面样板还是球面样板，如果成圈了，那么个圈（一个条纹间隔）代表0.5个波长面形，如果干涉仪测时，如果成圈，那么分两种情况，测平面时可以从单幅干涉图得到光圈，但测球面时，是无法测到光圈的，就是说，干涉仪测球面时是测不出光圈的，要想得到球面的半径差，需要配以测长装置。因为干涉仪的标准球面镜只提供标准球面波，而这个球面波是任意半径的，而样板法标准球面，提供一个半径固定的标准球面。
上面说的是N
第二就是像散差了，他表示光学表面和参考表面之间两个互相垂直方向上光圈数不等所对应的偏差，两个方向的N相减，还要看光圈的符号
比如，椭圆形状像散时，两个方向N符号是相同的，马鞍形状像散时，两个方向N符号是相反的
局部光圈
就是局部不规则度 所对应的局部偏差。主要看局部条纹偏移量和理想条纹间隔之间的比值。
干涉仪一般测量后得到的是PV值和rms值，pv值对应的是波面 峰值和谷值之间的差，或者认为和塌边和翘边指和，而局部光圈呢，是塌边和翘边之间的最大值。单单用pv值来评价有时候很不客观。rms是一种统计量，主要是看波面的变化缓慢，rms值反映波面可能更客观。
ISO 10110-5里面把干涉仪得到的波面分成 sag 和 IRR（不规则度），IRR有分为旋转对称和非旋转对称。其中对于平面来讲，sag对应于半径差，和光圈有点像，也对应于power值（只是接近），IRR 就是扣除sag后的波面，和局部光圈有点像。上面说了干涉仪测不出球面光学元件的光圈，所以干涉仪测球面只能得到IRR，要想得到sag可以通过配以测长装置，或者用球径仪测，然后输入参考半径和比较半径，就可以算出。
PV镜片表面上凸凹不平的最高点和最低点的差值，而irregularity是局部光圈吧，我们考量某镜片的局部光圈数是同一条干涉条纹不规则部分偏离规则部分的比值，但它不一定是最高点和最低点的差值，肯定小于等于！
光圈不满一个时,大概可分为两种,一种是光圈变成直线了,我们习惯称其为零个光圈.
另一种是成弧线的,我们习惯称其为半个光圈.
光圈：镜片和样板放在一起的时候会形成干涉条纹，成圆环形。圆环的个数既是光圈数。
PV：镜片表面上最高点和最低点的差值。RMS：镜片表面上那些坑坑包包差值的平均值。
光学镀膜概念及原理
镀膜是用物理或化学的方法在材料表面镀上一层透明的电解质膜，或镀一层金属膜，目的是改变材料表面的反射和透射特性，达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。常用的镀膜法有真空镀膜(物理镀膜的一种)和化学镀膜。光学零件表面镀膜后，光在膜层层上多次反射和透射，形成多光束干涉，控制膜层的折射率和厚度，可以得到不同的强度分布，这是干涉镀膜的基本原理。
光学薄膜分类：
增透膜：硅、锗、硫化锌、硒化锌等基底较多，氟化物较为少见。
单波长、双波长、宽带
反射膜：分介质与金属反射膜，金属反射膜一般为镀金加保护层。
半反射、单波长、双波长、宽带
硬碳膜 :也叫DLC膜，一般镀在硅、锗、硫系玻璃外表面，做保护/增透作用， 产品另一侧一般要求镀增透膜。
分光膜 :有些要求特定入射角情况下，可见光波段反射，红外波段透过，多用于光谱分析中。
45度分光片、双色分束、偏振分束片&棱镜
滤光膜：宽带、窄带
激光晶体膜：YAG/YV04/KTP/LBO/BBO/LIND03
紫外膜-增透：193/248/266/308/340/355,铝反射180-400nm
红外膜：CO210.6UM/YAG2940NM/SI&GE&ZNSE&ZNS
增透膜波长选择表
标准可见光增透膜曲线
标准红外光增透膜曲线
高反射膜
金属镜(Metallic Mirror)
成本较低，反射波段较宽。
一般用于反射率要求不是特别高，但是波段很宽的应用。
因为存在部分吸收，因此限制了其在激光领域的应用。
全介质反射镜(Dielectric HR coatings )
成本较高，反射波段较窄。
反射率可以做到很高。
反射波段范围有限，如加大反射波段范围，膜层镀制难度将提高。
膜层较厚，应力较大，存在膜层脱落风险。
镀膜基片
指在什么材质上镀膜。基底往往是使用环境和用途决定。常见的镀膜基底选择？ 如气体分析保护金多用氟化钙基底，普通反射镜用浮法玻璃，激光腔镜用硅基底，红外滤光片多用硅锗，可见及近红外多是玻璃，无氧铜多是镍和金等。
氟化钙，氟化钡，氟化镁，蓝宝石，锗，硅，硫化锌，硒化锌，硫系玻璃，N-BK7,熔融石英等
镀膜材料
附着在基底上的起到透射，反射，分光等作用的材料，可能是光学材料如硫化锌、氟化镁等，也可能是金属，如铝金等。目前成熟大批量光学镀膜材料多是颗粒状或是药片状，也有整块晶体镀膜靶材；金属镀膜材料多是丝及块状；基底，用途，和镀膜指标决定用什么镀膜材料。
镀膜工序和设备
清洗设备：
超声波清洗机：指清洗和烘干一体化的，可直接装盘镀膜。同时这个机器必须在洁净空间使用；
光学镜片的超声波清洗技术
在光学冷加工中，镜片的清洗主要是指镜片抛光后残余抛光液、黏结剂、保护性材料的清洗；镜片磨边后磨边油、玻璃粉的清洗；镜片镀膜前手指印、口水以及各种附着物的清洗。
传统的清洗方法是利用擦拭材料（纱布、无尘纸）配合化学试剂（汽油、乙醇、丙酮、乙醚）采取浸泡、擦拭等手段进行手工清擦。
这种方法费时费力，清洁度差，显然不适应现代规模化的光学冷加工行业。这迫使人们寻找一种机械化的清洗手段来代替。于是超声波清洗技术逐步进入光学冷加工行业并大显身手，进一步推动了光学冷加工业的发展。
超声波清洗技术的基本原理，大致可以认为是利用超声场产生的巨大作用力，在洗涤介质的配合下，促使物质发生一系列物理、化学变化以达到清洗目的的方法。
当高于音波（28～40khz）的高频振动传给清洗介质后，液体介质在高频振动下产生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互间的碰撞、合并、消亡的过程中，可使液体局部瞬间产生几千大气压的压强，如此大的压强使得周围的物质发生一系列物理、化学变化。
工艺流程：
等离子增强化学气相沉积 (PECVD)：
是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。因为利用了等离子的活性来促进化学反应，PECVD可以在较低的温度下实现
等离子辅助气相沉积
目前DLC膜常用制备方法。采用射频技术（RF-PACVD）将通入的气体（丁烷、氩气）离化，在极板自偏压（负）的吸引下，带正电的粒子向基板撞击，沉积在基板表面。
等离子辅助气相沉积
目前DLC膜常用制备方法。采用射频技术（RF-PACVD）将通入的气体（丁烷、氩气）离化，在极板自偏压（负）的吸引下，带正电的粒子向基板撞击，沉积在基板表面。
