在元件（jiàn）或係（xì）統的設計和生產過程中利用光學參數規格可使（shǐ）該元件或係統精確達到特定的性能要求（qiú）。 光學（xué）參數規格非 常有用，原因有以下兩點（diǎn）： 首先，它們可以（yǐ）指定決定係統性能的可接受的關鍵參數限值；其次，它們能夠確定應花在生（shēng）產上的資源的數量（即時間和（hé）成本）。
光學係統的（de）參數規格過低或過高都會影響其性能，從而（ér）造成（chéng）不必（bì）要的資源浪費。如果未（wèi）正確設定所有必要的參數，則會導致規格過低，從而使性能降低。 如果過於嚴格地（dì）定義係統參數（shù）而不考慮光學或機械要求中的任 何變化，則會導致規格（gé）過高，從而使成本和生產難度增加。
為了了解光學規格，首先（xiān）弄清楚它們的（de）含義是非常重要的。 為了簡（jiǎn）化（huà）日益繁多的數字，請考慮為透鏡、 反射鏡和窗口片使用最常用的生產規格（gé）、表麵規格和（hé）材料規格。 濾光片（piàn）、偏振片、棱鏡、分光鏡、光（guāng）柵和 光纖也具（jù）有許多（duō）這類光學規格，因此了解最常用的規格將（jiāng）為 您了解幾乎所有光（guāng）學（xué）產品的規（guī）格提供最堅實的基礎。
生產規格
直（zhí）徑（jìng）公差
圓形光學（xué）元件的直徑公差提供了一個可接受的直徑值範圍。 此生產規格會因製作光學產品的某些光學加工（gōng）公司的技術水平和能力而（ér）有所不同。雖然直徑公（gōng）差不會對光學產品本身的光學性能產生任何影響，但如果要在任何一種固定器上安裝光學產（chǎn）品，則它是您必須考慮的一種非常重要的（de）機（jī）械公差。 例如（rú），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（zhōng）的機械軸偏離光學軸，從（cóng）而導致光的偏心（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則為高質（zhì）量.
圖1： 平行光的偏心
中心厚（hòu）度公差
光學（xué）元件（最典型的是透鏡）的中心厚度，測量的是光學元件中心部分的材料厚度。中（zhōng）心厚（hòu）度是通過透鏡的機械軸來測量的，該機械軸是作（zuò）為透鏡外部邊緣之間的（de）軸來定（dìng）義的。 透（tòu）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徑會決定光線穿過透鏡的光學路徑長度。通常，中心厚（hòu）度的生（shēng）產公差為： +/-0.20 mm表（biǎo）示一般質量，+/-0.050 mm表（biǎo）示精密質量（liàng），+/-0.010 mm則為高（gāo）質量.
曲率半徑
曲（qǔ）率半徑是指（zhǐ）光學元件的頂點與（yǔ）曲率中心之間的距離（lí）。該半徑可以（yǐ）為正值、零或負值，具體要取（qǔ）決於該表麵是凸麵、平（píng）麵還是凹麵（miàn）。如果知道曲率半徑值，則可以確定光線穿（chuān）過透鏡或反射鏡的光學路徑長度，同時還對表麵功率起著重（chóng）要的決定作用。 曲（qǔ）率半徑（jìng）的生產容（róng）差通（tōng）常為+/-0.5，但在精確應用（yòng）中也可低至+/-0.1%，或在（zài）需要極高的質量情況下為+/-0.01%。
h3>中心（xīn）
透鏡的中心也稱為向心性或離心性，是根據光束偏差δ（方程式1）而（ér）指定的。一旦給定了光束偏差（chà），則可以通（tōng）過一種簡單的（de）關係來計算楔角W（方程式2）。 透鏡（jìng）的離心量是機械軸與光（guāng）學軸物理偏離的距離（lí）。透鏡的機械軸僅為透（tòu）鏡的幾何軸，是由其外（wài）部的柱麵來（lái）定義（yì）的。 透鏡的光學軸是（shì）由光學表麵來定義的，它是連接各表麵（miàn）曲率中心的線。要進行向心性測試，請將透鏡置於（yú）茶杯（bēi）中，對其施壓。 對透鏡施加的壓力會自動聚集在茶杯中心第一個表（biǎo）麵的曲率中心，並且該中心還會（huì）與 旋轉軸對齊（qí）（圖2）。沿著此旋（xuán）轉軸射入的平行光將會（huì）穿過透鏡，到達後焦平麵的焦（jiāo）點處。當（dāng）透鏡隨著茶（chá）杯的旋轉而旋轉時，透鏡中的任何離心性都會使聚焦光（guāng）束分散，並在後焦平麵形（xíng）成一個半徑為 Δ 的圓軌跡（圖1）。
圖2: 中（zhōng）心度測量（liàng）
其中W表示楔角，通（tōng）常報（bào）告為弧分，n表示折射率。
平行（háng）度（dù）
平行度描（miáo）述的是兩個平行表麵之間的相互關係。它在指定窗口片和偏（piān）振片等元件（jiàn）時很有用，其中平行表麵是（shì）提（tí）高係統性能的理想平麵，這是（shì）因為它們可以最大限度地減少畸變，否則該畸變會降低圖（tú）像或光的 質量。通常，該容差範圍從（cóng）5弧分直至幾弧秒（miǎo）。
角度公差
在棱鏡和分光鏡等元件中，各表麵之間所產生的角度對光學產品的性（xìng）能具有重要的影響（xiǎng）。角度公差通常使用準（zhǔn）直望（wàng）遠鏡組件進（jìn）行測量，其光源係統會發射平行光。 準直望遠鏡將圍繞光學產品（pǐn）的表麵進行（háng）旋轉（zhuǎn），直至所產生的菲涅爾反射回到該表麵，在檢測的表麵頂部產生一個光（guāng）點。這就（jiù）驗證了平行光束正好垂直入（rù）射到該表麵。然後，整個準直望遠鏡組件會繞著光學產品旋轉至下一個光學表麵，並且會（huì）重複此過程。圖3顯示了用於測量角度公（gōng）差的通用準直望遠鏡設置。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。 角度公差的範圍可以從幾弧分降至幾（jǐ）弧秒。
圖3： 用於測量角度公差（chà）的自（zì）準直儀
倒角
玻璃角非常易碎，因此（cǐ），在處理或安裝元件時保護好它們非常重要。保護這些玻璃角的最常用方法（fǎ）是將這些邊緣斜切成倒角。倒角可作為保護槽來防（fáng）止邊（biān）緣出現缺口。它們（men）由其表麵的寬度和角度來定（dìng）義（圖4）。
圖4： 光（guāng）學透鏡上的倒角（jiǎo）
倒角的最常見切割角度為45°，並且該表麵寬度是由光學產品的（de）直徑來確（què）定（dìng）的。 其直徑小於3.00mm的光學產品（如微透鏡或微（wēi）棱鏡）通（tōng）常不需要切成倒角，這是因為很可能會在切削的過程中產生邊緣缺口。值得注（zhù）意的是，對於很小的（de）曲（qǔ）率半徑，例如，當（dāng）透鏡的直徑大於等於0.85 x曲率半徑時，無需切成倒（dǎo）角，這是因為透鏡表麵和邊緣之間會形成很大的角度。對於所有其（qí）他直徑，表1提供了最大的表麵寬度。
表（biǎo）1：倒（dǎo）角公差
直徑 倒角的最（zuì）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（tōng）光孔徑
通光孔徑（jìng）是指光學元件的直徑或必須滿足各種規格的光學元件的尺寸。除通光孔徑以外，製造商並不（bú）能確保光學產品符合指定的規格。由（yóu）於生產的限製（zhì），實際上是（shì）不可能生產出完全等同於光學產（chǎn）品的直徑或長乘以寬的通光孔徑。表2顯示了透（tòu）鏡的一般通光孔（kǒng）徑。
圖（tú）5： 此圖列出了濾光片的通光孔徑和（hé）直徑
表2：通光孔徑公差
直徑 通光孔徑
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（miàn）的質量用（yòng）來（lái）衡量光學產品（pǐn）表麵特性，並且涵蓋了（le）一些劃痕和坑點等瑕疵。這些表麵的大部分瑕疵純粹是表麵上的瑕疵，並不會對係統性能產生很大的影響，雖然，它們可能會使係統（tǒng）通光量（liàng）出現微小的下（xià）滑，使散（sàn）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（rú）：(1)圖像平麵的表麵，因為這些瑕疵會產生聚焦，以及(2)具有高功率級別的表麵，因為這些瑕疵會增加能量吸收（shōu）並毀壞光學產品。表麵質量最常用的規格（gé）是（shì）由MIL-PRF-13830B說明的（de）劃（huá）痕和坑點規格。通過（guò）將（jiāng）表麵的劃痕與在受（shòu）控的照明條件下提供的一係列標準劃痕進（jìn）行對比，來確定劃痕名稱。因此，劃痕名稱不（bú）是描述其實際的劃（huá）痕，而是根據MIL規格將其與標準（zhǔn）的劃痕進行比（bǐ）較。然（rán）而，坑點名稱直接與（yǔ）表麵的點或小坑有關。坑點（diǎn）名稱是通過以微米計的坑點直徑除以10來計算的，通常劃（huá）痕坑點規格在80至50之間將視為標準質量，在60至40之間為精（jīng）確質量，而在20至10之間將視為高精度質量。
表麵平麵度（dù）
p>表麵平麵度是（shì）一種測量表麵精度的規格類型，它（tā）用於測量（liàng）反射鏡、窗口片、棱鏡或平光鏡（jìng）等平麵的偏差。您可以使用光學平晶來（lái）測量（liàng）此偏差，該平晶是一（yī）種高（gāo）質量、高精度（dù）的參考平麵，用於比（bǐ）較（jiào）試樣的平（píng）滑度（dù）。當所測試的光學產（chǎn）品的平麵靠著光學平晶放置時（shí），會出現條紋，其形狀表示所（suǒ）檢（jiǎn）測的光學產品（pǐn）的表麵平滑度。如果這些條紋間（jiān）隔相（xiàng）等，並且是平行的直線，那麽被檢測的光學表麵至少像參考光學（xué）平晶一樣平展。如果條紋（wén）是彎曲的（de），則兩個虛線（xiàn）（一個虛（xū）線與（yǔ）條紋中點相切，另一個虛線穿過同一個條紋的端點）之間的條紋數量會指出平滑度錯誤。平滑度（dù）的（de）偏差通常是按波紋值(λ)來測量的，它們是由多個波長的測試源組成。一個條紋（wén）對（duì）應½的波長（zhǎng）。平滑度（dù）為1λ，則（zé）表示一般（bān）的質量級（jí）別；平滑度為λ/4，則表（biǎo）示精確的質量級別；平滑度（dù）為（wéi）λ/20，表示高精度的質量級別。
光圈（quān）數
光圈數是一種測量表麵精確性的（de）規格類型，它適用於彎曲的光學表麵或帶有功率的表麵。光圈數的（de）測試類似於平麵度測試，會將曲麵與（yǔ）具有高校準的曲（qǔ）率半徑的參考麵進行比較。使用這兩個表（biǎo）麵空隙所產生的相同幹涉原則，條紋的幹涉圖樣用於描（miáo）述測（cè）試表麵與參考表麵之間的偏（piān）差（chà）。與參考件產生的偏（piān）差將會產生一係列的（de）圓（yuán）環，稱為牛頓環。呈現的環越多，偏差越大。暗環或亮環的數 量，而不是暗環和（hé）亮環兩（liǎng）者的總數，等於波長誤差的2倍。
不規則度
不規則度是一種（zhǒng）測量表麵（miàn）精確性的規格類型（xíng），它描述的是表麵形狀與（yǔ）參（cān）考表麵形狀之間的偏（piān）差。不規則度的測量方式與光圈數相同。規則度是指（zhǐ）將測試表麵與參考表麵進行比較（jiào）形（xíng）成的球形的圓形條紋。當表麵（miàn）的光圈數超過5個（gè）條紋時，將很難檢測到小於1個條紋（wén）的小型不規（guī）則形狀。因此，通常的做法是指（zhǐ）定表（biǎo）麵的光圈數與不規（guī）則度的比率，使其（qí）大約為5:1。有關光學平（píng）晶以及說明測試平麵度、光圈數（shù）和不規（guī）則度的條紋（wén）圖樣的更多詳細信息，請參閱"光學平晶"。
表麵加工
表麵加（jiā）工也稱為（wéi）表麵粗糙度，用於測量表麵的一些小型不規則度。它們（men）通常是因拋光工藝所引起的不良後果。粗糙表麵往往要比光滑表麵更加耐磨，並且可能不適用於某些應用，特別是在使用激光或（huò）過熱環境的應用中，這是（shì）因為成核位置有可能出現細微的破裂或瑕疵（cī）。表麵加（jiā）工的生產（chǎn）容差為50Å RMS時表示一般質量，在20Å RMS時表示精確質量，而在5Å RMS時表示高質量。
材料規格
折射率
某種介質（zhì）的（de）折射（shè）率是指光在（zài）真空中的速（sù）度與光在（zài）介質中的速度之（zhī）比（bǐ）。玻璃的折射（shè）率範（fàn）圍一般在1.4-4.0之間，與針對紅外線優化的玻璃相比，可視玻璃的折射率範圍要小一些。例如，N-BK7（一種通用的可視（shì）玻璃）的折射率為1.517，然而鍺（一種通用的紅外玻璃）的折射率為4.003。有關紅外材（cái）料的更多信息，請參閱“紅外 (IR) 應用領域（yù）使用的正確（què）材料”。光學玻璃的折射率是一種（zhǒng）重要屬（shǔ）性，因為光學表麵的功率是從表麵的曲率半徑和表麵任（rèn）意一側上的介質折射率之差得來（lái）的。玻璃製造商指定的不均勻性是指玻璃折射率的變化。不均勻（yún）性是根據不同的等級來指定的，其中（zhōng）等級和不均勻性（xìng）是互為（wéi）相反關係的，隨著（zhe）等級（jí）的（de）增加（jiā），不均勻性則會減少（表3）。
表3：不均勻性規格
不均勻性規格 不（bú）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（cái）料屬性是色散係數，用於量化玻璃呈現的（de）色散量。它是材料（liào）在f (486.1nm)、d (587.6nm) 和c (656.3nm)波長時的折射率（方程式3）。
色（sè）散係數值（zhí）的範圍通（tōng）常在25至65之間（jiān）。當玻璃的（de）色（sè）散係數大（dà）於（yú）55（較小色散）時，會（huì）將該玻璃視為冕牌玻璃，而那些色散係數小於50（較多色（sè）散）的玻璃會視為火石玻璃。由於色散性，玻（bō）璃的折（shé）射率會因波長而有所不同。色散產生的最（zuì）顯著結果就是係統的（de）焦距（jù）會因不同的光波長而稍有不同。有關折射率和色（sè）散係數等重要材料規格的更（gèng）多詳細信息（xī），請參閱"光學玻璃（lí）"。
光損傷閾值
激光損（sǔn）傷閾值是指（zhǐ）激光損傷（shāng）前每（měi）一（yī）區域的表麵可（kě）耐受的最大激（jī）光功率量。脈衝激（jī）光和連續（xù）波(CW)激光都具（jù）有相應（yīng）的激光損傷閾值。激光損傷閾值是反射鏡的一個非常重要的材料規格，這是（shì）因為它們（men）與激光產品而不是任何其他光學（xué）產品一同使用，然（rán）而，任何激（jī）光（guāng）級（jí）光學產品將提供閾值。例如，考慮一下Ti：藍寶石激光反射鏡的損傷額定閾值為（wéi）0.5 J/cm2 @ 150飛秒脈衝和100kW/cm2 CW。這（zhè）就說明反射鏡每平方厘米可耐受的高重複（fù）飛秒脈（mò）衝激光射入的能量密度為0.5J，或每平方厘米可耐受的大功率CW 激光射入的能量密度為100kW。如果激光束（shù）集中在更小的區域內，
則必須考慮采取相應的措施以確保整體閾值不超過（guò）指定的值。雖然具（jù）有一係（xì）列的其他生產規（guī）格、表麵規格和材料規格，但如果了解了最常（cháng）用的光學（xué）規格，則可以顯著地避免混（hún）淆。透鏡、反射鏡、窗口片、濾光片、偏振片、棱鏡、分光鏡、光柵（shān）、and 光纖（xiān）共同（tóng）具有各種屬性，因此，了解（jiě）它們之間（jiān）的（de）關係以（yǐ）及它們將如何影響整體係統性能，將有助於您選擇最佳的元件以集成（chéng）到光學、成（chéng）像或光電子應用（yòng）中。
