在元件（jiàn）或係統的設計和生產（chǎn）過程中利用光學參（cān）數規格（gé）可使該元件或係統精確達（dá）到特定的性能要求。 光學參數規格非 常有用，原因有以下（xià）兩點： 首先，它（tā）們可以指（zhǐ）定（dìng）決定係統性能的可接受的關鍵參數限值；其次，它們（men）能夠確定（dìng）應花在生產上的資源的數量（即時間和成本）。
光學係統的參數規格過低或過高都會（huì）影響（xiǎng）其（qí）性能，從而造成不必要的資源浪費（fèi）。如果未正確設定所有必要的（de）參數（shù），則（zé）會導致（zhì）規格過低，從而使（shǐ）性能降低。 如果過於嚴格地定義係統參（cān）數而不考慮光（guāng）學或機械要求（qiú）中的任 何變化，則（zé）會導致規格過高，從而使成本和生產難度增加。
為了（le）了解光學規（guī）格，首先弄清楚它（tā）們的含義是非常重要的（de）。 為了簡化日益繁多的數字，請考慮為（wéi）透鏡、 反射鏡和窗口片使用最常用的生產規格、表麵規格和（hé）材料規（guī）格。 濾光片、偏振片、棱鏡、分光鏡、光柵和 光纖也具有許多這類光（guāng）學規格，因此了解最常用的規格將（jiāng）為 您了解幾乎所有光學（xué）產品的規格提供最堅實的（de）基礎。
生產規格
直（zhí）徑公差
圓（yuán）形光（guāng）學元件的直徑公差提供了一個（gè）可接受的直徑值範圍。 此生（shēng）產規（guī）格會因製（zhì）作光學產品的某些光學加工公司的技術水平和能力而有所不同。雖然直徑公差不會對光學產品本身的光學性（xìng）能產生任何影（yǐng）響，但如果要在任何一種固定器上安裝光學產品，則它是您（nín）必須考慮（lǜ）的（de）一種非常（cháng）重要的機械公差。 例如，如果透鏡的直徑與其標稱值存有偏差，則有可能使已安裝的組件中的機械（xiè）軸偏離光學軸，從而導致光（guāng）的偏（piān）心（圖1）。 通常，直徑的生產公差為：+0.00/-0.10 mm表示一般質量，+0.00/-0.050 mm表示精密質量，+0.000/-0.010 mm則為（wéi）高質量.
圖1： 平行光的偏心
中心厚度公（gōng）差
光學元件（最典型的是（shì）透鏡）的中心（xīn）厚度，測（cè）量的是光學（xué）元件中（zhōng）心部分的材料厚度。中心厚度是通過透鏡的機械軸來測量的，該機械軸是作為透（tòu）鏡（jìng）外（wài）部邊（biān）緣之間（jiān）的軸來定義（yì）的。 透鏡中心厚度的變化會影響（xiǎng）光學性 能，這是因為中心厚度及其曲率半（bàn）徑會決定光線穿（chuān）過透鏡的光學路徑長度。通常，中（zhōng）心厚度的生產公差為： +/-0.20 mm表示一（yī）般質量，+/-0.050 mm表示精密質量，+/-0.010 mm則為高質量.
曲（qǔ）率（lǜ）半徑（jìng）
曲率半徑是指光學元件的（de）頂點與曲率中（zhōng）心（xīn）之間的距離。該半徑可（kě）以為正值、零或負值，具體要取決於該表麵是凸麵、平麵還是凹麵。如果知道曲率半徑值，則可以確定光線穿過透鏡或反射鏡的（de）光學路徑長度（dù），同時還對表麵功率起著重要的決（jué）定作用。 曲率半徑的生產容差通常為+/-0.5，但在精確應用中（zhōng）也可低至+/-0.1%，或在需要極高（gāo）的質量情況下為+/-0.01%。
h3>中心
透鏡的中心也稱為（wéi）向心性或離心（xīn）性，是（shì）根據光束（shù）偏差δ（方程式1）而指定的。一旦給定了光（guāng）束偏差，則可以（yǐ）通過一種簡單的關係來計算楔角W（方程（chéng）式2）。 透鏡的離心量是機械軸與光學（xué）軸物理偏（piān）離的距離。透鏡的機械軸僅為（wéi）透鏡（jìng）的幾何軸，是由（yóu）其外部的柱麵（miàn）來定義（yì）的。 透鏡的光學軸是由光學（xué）表麵來定義的，它是（shì）連接各表麵曲率中心的（de）線。要進行向心性測試，請（qǐng）將透鏡置於茶杯中，對其施壓（yā）。 對透（tòu）鏡施加的壓力會自動聚集在茶杯中心第一（yī）個表麵的曲率中心（xīn），並且該中（zhōng）心還會與 旋轉（zhuǎn）軸對齊（圖（tú）2）。沿著此旋轉軸射入的平行光（guāng）將會穿過透鏡，到達後焦平麵的焦點處。當透鏡隨著茶杯的旋轉（zhuǎn）而旋轉時，透鏡中的任何離心性都會使聚焦光束分（fèn）散，並在後焦平麵形成一個半徑（jìng）為 Δ 的圓軌跡（圖1）。
圖2: 中心度測量
其（qí）中W表示楔角，通（tōng）常（cháng）報告（gào）為弧分，n表示折（shé）射率。
平行度
平行度描述（shù）的是兩個平行表麵之（zhī）間的相互關係。它在（zài）指定（dìng）窗口片和偏振片等元件時很有用，其中平行表麵是提高係統性能的理想平麵，這（zhè）是因為（wéi）它們可以最大限度地減少畸變，否則該畸變（biàn）會降低圖像或光的 質量。通常，該容差範圍從5弧分直至幾弧秒。
角度公差
在棱鏡和分光鏡（jìng）等元件中，各表麵之間所產生的角度對光學產品的性能具有重要的影響。角度公差通常使用準直望遠鏡組件進行測量，其光（guāng）源係統會發（fā）射平（píng）行光。 準直望遠鏡將圍繞光（guāng）學產品的（de）表麵進（jìn）行旋轉，直至所產生的菲涅爾反射回到該表麵，在檢（jiǎn）測的表麵頂部產生一個光點。這就（jiù）驗證了（le）平行光束正好垂直入射到該表麵。然後（hòu），整個準直望遠鏡（jìng）組件會繞著光學產（chǎn）品旋轉至（zhì）下一個光學表麵，並且會重複此過程。圖3顯示（shì）了（le）用於（yú）測量（liàng）角（jiǎo）度公差的通用準直望遠（yuǎn）鏡設置。可以使用兩個測量位置之間的角度差來計算兩個光學表麵的（de）公差（chà）。 角（jiǎo）度公差的（de）範圍可以（yǐ）從幾弧分降至幾弧秒。
圖3： 用於測量角度公差的自準直儀
倒角
玻璃角非常易碎，因此，在處理或安裝元件時保護好它們非常重要。保護（hù）這些玻璃角的最常用方法是將這些邊緣斜（xié）切成倒角。倒角可作（zuò）為保護槽來（lái）防（fáng）止邊緣出現缺（quē）口。它們由（yóu）其表麵的寬度和（hé）角度（dù）來定義（yì）（圖4）。
圖（tú）4： 光學透鏡上（shàng）的倒角
倒（dǎo）角的最常（cháng）見切割角度為45°，並且（qiě）該表麵寬度是（shì）由光學產品的直徑來確定（dìng）的。 其直（zhí）徑小於3.00mm的光學產品（如微透鏡或微棱鏡）通（tōng）常不（bú）需要切成倒（dǎo）角，這是因為很可能會在切削的過程中（zhōng）產生邊緣缺口。值得注意的是，對於很小的曲率半（bàn）徑，例如，當透鏡（jìng）的直徑大於等於0.85 x曲率半徑時，無需切（qiē）成倒角，這是因為透鏡表麵和邊（biān）緣之間會形成很大（dà）的（de）角度。對於所有其他直徑，表1提供了最大（dà）的表麵（miàn）寬度（dù）。
表1：倒角公差
直徑 倒角的最大表麵寬度
3.00mm – 5.00mm 0.1mm
5.01mm – 25.4mm 0.25mm
25.41mm – 50.00mm 0.3mm
50.01mm – 75.00mm 0.4mm
通光孔徑
通光孔徑是指光學元件的直徑或必須滿足各種規格的（de）光學（xué）元件的尺寸。除通光孔徑以外，製造商並（bìng）不能確保光學產品符合指定的規格。由於生產的限製，實際上是不可能生產出完全（quán）等同於光學產品的直徑或長乘以寬的通光孔徑。表2顯示了透鏡的一般通（tōng）光孔徑。
圖5： 此圖列出了濾光片的通光孔徑和直徑
表2：通光孔徑（jìng）公差
直徑（jìng） 通光孔徑（jìng）
3.00mm – 10.00mm 90% 直徑
10.01mm - 50.00mm 直徑 – 1mm
≥ 50.01mm 直徑 – 1.5mm
表麵規格
表麵質量
光學表麵的（de）質量用來衡（héng）量光學產品表麵特性，並且涵蓋了一些劃痕和坑點等瑕疵。這些表麵的（de）大部分瑕（xiá）疵純粹是表麵上的瑕疵，並不會對係統性能（néng）產生很大的影響，雖然，它們可能會使係統通光量出現微小的下滑，使散射光出現更細微的散射。然而，有些表麵會對這些影響更敏感，如：(1)圖像平麵的（de）表麵，因（yīn）為這些瑕疵會產生聚焦，以及（jí）(2)具有高功率級別的表麵，因為這些瑕疵會增加能量吸（xī）收並毀壞光學產品。表麵質量最（zuì）常用的規格是由MIL-PRF-13830B說明的劃痕和坑點規格。通過將表麵的劃（huá）痕與在受控的照明條件下提供的一係列標準劃（huá）痕（hén）進行對比，來確定劃痕名稱。因此，劃痕名稱（chēng）不是描述其實際的劃（huá）痕（hén），而（ér）是根（gēn）據MIL規（guī）格將其與標準的劃痕進行（háng）比較。然而，坑點名稱直接與表麵（miàn）的點或小坑有關。坑點名稱是通過以微米計的坑點直徑除以10來計算的，通常（cháng）劃（huá）痕坑點規格在80至50之間將視為標準質量，在60至（zhì）40之（zhī）間為（wéi）精確質量（liàng），而在20至10之間將視為高精度質量。
表麵（miàn）平麵（miàn）度
p>表麵平麵度是一種測量表麵精度的規格類型，它用於測量（liàng）反射鏡、窗口片、棱鏡或平光鏡（jìng）等平麵的偏差。您（nín）可以使用光（guāng）學平晶來測量此偏差，該平晶（jīng）是一種高質量、高精度的（de）參考平麵，用於比較試樣的平滑度。當（dāng）所測試的光學產品的平麵靠著光學平晶放置時，會出現條紋，其形狀表示（shì）所檢測的光學產（chǎn）品的表麵平滑度。如果這些條紋間隔（gé）相等，並且是平行的直線，那麽（me）被檢測（cè）的光學表麵至少像參考光學平晶（jīng）一樣（yàng）平展。如果條紋是彎曲的，則（zé）兩（liǎng）個虛線（一個虛線與條紋中點相切，另一個虛（xū）線（xiàn）穿過同一個條紋的端點）之間的條紋數量會指出平滑度（dù）錯誤。平滑度的偏差通常是按波紋值(λ)來測量的，它們是由（yóu）多個（gè）波長的測試源組成。一個條紋對應½的波長。平滑度為1λ，則表示一般的質（zhì）量級別（bié）；平滑度為λ/4，則表示精確的質量級別；平滑度為λ/20，表示高精度的質量級別。
光圈數
光圈數是一種測量表麵精確（què）性的規格類（lèi）型，它適用於彎曲的光學表（biǎo）麵或帶有功（gōng）率的表麵。光圈數的測試類似於平麵度測試，會將曲麵與具有（yǒu）高校準的曲率半徑的參考（kǎo）麵進行比較。使用這兩個表麵空隙所產生的相同幹涉原則（zé），條紋的幹涉（shè）圖樣（yàng）用於描述（shù）測試表麵與參考表麵之間的偏差。與參考件產生的偏差將會產生一係列的圓環，稱（chēng）為牛頓環（huán）。呈現的環越多，偏差越大。暗環（huán）或亮環（huán）的數 量，而不是暗環和亮環兩（liǎng）者的總數，等於波長誤差的2倍。
不規則度
不規則度（dù）是一種測量表麵精確（què）性的規格（gé）類型，它描述的是（shì）表麵（miàn）形狀與參考表麵形狀之間的偏差。不規（guī）則度的測量方式與光圈數（shù）相（xiàng）同。規則度是（shì）指將測試表麵與參考表麵進行比（bǐ）較形成的球（qiú）形的圓形條（tiáo）紋。當表麵的（de）光圈數超（chāo）過5個條紋時，將很難檢測（cè）到（dào）小於1個條紋的小型不規則形狀。因此，通常的做法是指定表麵的光圈數與不規則度的比率，使其大約為5:1。有關光（guāng）學平晶以及說（shuō）明測（cè）試平麵度、光圈數和不規則度的條紋圖樣的更多詳細信息，請參閱"光學平晶"。
表麵加工（gōng）
表麵加工也稱為表麵粗糙度，用於（yú）測量（liàng）表麵的一（yī）些（xiē）小型不規則（zé）度。它們通常是因拋（pāo）光工藝所（suǒ）引起的不良後果。粗糙表麵往往要比光滑表（biǎo）麵更加耐磨，並且可能不適用於某些應用，特別是在使用激光或過熱環境的（de）應用中，這是因為成（chéng）核位置有可能出現細微的破裂或瑕疵。表麵加工的（de）生產容（róng）差為50Å RMS時表示一般質量，在（zài）20Å RMS時表示精確質量，而在5Å RMS時表示高質量。
材料（liào）規格
折射率
某種介（jiè）質的折射率是指光在真空中的速度與光在介質中的速度之比。玻璃的折射率範圍一般（bān）在1.4-4.0之間，與針對（duì）紅外線優化的玻（bō）璃相比，可視玻璃（lí）的折射率範圍要小一些。例如，N-BK7（一種（zhǒng）通用的可視玻璃）的折射率為1.517，然而鍺（一種通用（yòng）的紅外玻璃）的（de）折射率（lǜ）為4.003。有關紅外材料的更多信息，請參閱“紅外 (IR) 應（yīng）用領域使用的正確材料（liào）”。光學玻璃的折射（shè）率是一種重要屬性，因為光學（xué）表（biǎo）麵的（de）功率是從表麵的曲率半徑和（hé）表麵（miàn）任意一側上的介質折射率之差得來的。玻璃製造商指定（dìng）的不均（jun1）勻性是（shì）指玻璃折射率的變化。不均（jun1）勻性是根據不同的等（děng）級來（lái）指定的，其（qí）中等級（jí）和不均勻性是互為相（xiàng）反關係的，隨著等級的增加，不均（jun1）勻性（xìng）則會減少（表3）。
表3：不均勻性（xìng）規格
不均勻性規格 不均勻性等級折射率的最大可變化範圍
0 +/- 50 x 10-6
1 +/- 20 x 10-6
2 +/- 5 x 10-6
3 +/- 2 x 10-6
4 +/- 1 x 10-6
5 +/- 0.5 x 10-6
色散係數
玻璃的另一種材料（liào）屬性是色散（sàn）係數，用（yòng）於量（liàng）化玻璃呈現的色散量。它是材料在f (486.1nm)、d (587.6nm) 和c (656.3nm)波長時的折（shé）射率（方程（chéng）式3）。
色散係數值（zhí）的範圍通常在25至65之間。當玻璃的色（sè）散係數大於55（較小色散）時，會將該玻璃（lí）視為（wéi）冕牌玻璃，而那些色散係數小於50（較多色散）的玻璃會視（shì）為火石（shí）玻璃。由於色散性，玻璃的折射率會因波長而有所（suǒ）不同。色散產生的最顯著結果（guǒ）就是係統（tǒng）的焦距會因不同的光波長而稍有不同。有關折射率和色散係數等重（chóng）要材料規格的更多詳細信息，請參閱"光學玻（bō）璃"。
光損傷閾值
激光損（sǔn）傷閾值（zhí）是指激光損傷前每一區域的表麵可耐受的最大激光功率（lǜ）量。脈衝激光和連續波(CW)激光都具有相應（yīng）的激光損傷閾（yù）值。激光損傷閾值（zhí）是反射鏡（jìng）的一個非常重要（yào）的材料規格，這是因為它們與激光產（chǎn）品而不是任何其他光學產（chǎn）品一同使用，然而，任何激光（guāng）級光學產品將提供閾值。例如，考慮一下Ti：藍寶石激光（guāng）反射鏡的損傷額定閾值為0.5 J/cm2 @ 150飛秒脈衝和100kW/cm2 CW。這就說明反（fǎn）射（shè）鏡每平方厘米可耐受的高重複飛秒脈衝激光（guāng）射入的能量密度為0.5J，或每平方厘米可耐（nài）受的大功率CW 激光射入的能量密度為100kW。如果激（jī）光束（shù）集（jí）中在更小的區域內，
則必須考慮（lǜ）采取相應的（de）措施以確保整體（tǐ）閾值不超過指定的值。雖然具有一係列的其他生產規格、表麵規格和材料規格，但如果（guǒ）了解了最常用的光學規格，則可以顯著地避免混（hún）淆。透鏡（jìng）、反射鏡、窗（chuāng）口片、濾光片、偏振片、棱（léng）鏡、分光鏡、光柵、and 光纖共同具有各種（zhǒng）屬性，因此，了解它們之間的關係以及它們將（jiāng）如何影（yǐng）響整體係統性能，將有助於您選擇最佳的元件以集成到光學、成像或光電子應用（yòng）中。
