波前畸变（也称为透射波前误差 (TWE)、反射波前误差 (RWE) 或简称 WFD）是光波穿过光学元件或从光学元件反射时，其形状与理想形状的偏差量度。
在理想条件下，光以完美的平面（平面波）或完美的膨胀气泡（球面波）传播。波前畸变量化了光波的“平面”或“气泡”因光学元件的缺陷而产生的“褶皱”、“卷曲”或变形程度。
核心概念
要理解畸变，必须区分光的理想状态和实际状态：
- 理想波前：在完美的 光学系统 中，光线垂直于波前。如果光是准直的（平行光线），则波前是完美平坦的平面。如果光是聚焦的，则波前是完美的球体。
- 畸变波前：当光遇到不完美的光学元件（例如，厚度不均匀的窗口或表面粗糙的反射镜）时，波前的不同部分会相对于其他部分延迟或提前。这会改变光在不同点的相位，从而使波的几何形状发生畸变。
可视化和测量：干涉图
在光学制造中，波前畸变肉眼不可见。它通过干涉仪进行可视化和测量，干涉仪生成一个名为干涉图的图。
- 工作原理：干涉仪将光束一分为二。一部分（参考光束）保持完美，而另一部分（测试光束）穿过或反射待测光学元件。当两束光束重新组合时，它们会相互干涉。
-
读取条纹：这种干涉会产生一种由亮暗条纹组成的图案，称为“条纹”。
- 平直、平行的线条：表示完美、平坦的波前。
- 弯曲或波浪状的线条：表示畸变。线条越弯曲，误差越大。
- “靶心”图案：通常表示球面功率（焦点）或显著的曲率误差。
- 量化：如果一个条纹弯曲“到下一个条纹一半的距离”，则表示畸变为 λ/2（半个波长）。
量化指标
波前畸变通常以光波长的分数 (λ) 量化，通常以 632.8 nm（氦氖激光）为参考。
- 峰谷值 (PV)：畸变波前上的最高点（峰值）和最低点（谷值）之间的距离。这衡量的是最坏情况误差。常见的高精度规范是 λ/10 或 λ/20。
- 均方根 (RMS)：整个波前偏差的统计平均值。RMS 通常比 PV 更好地预测整体图像质量，因为它考虑的是整个表面，而不仅仅是最坏的两个点。
畸变来源
畸变可源于三个主要类别：
- 表面误差：抛光缺陷，例如透镜或反射镜上的“高点”和“低点”。 （历史示例：哈勃空间望远镜的主反射镜抛光形状不正确，导致严重的波前误差。）
- 材料不均匀性：玻璃基板的密度或折射率变化。即使窗户完美平坦，玻璃内部的“条纹”也会加速或减慢光速，从而使波形变形。
- 传播误差：热量等环境因素。 （日常示例：“热雾”或大气湍流，路面上的热空气使远处汽车的光线变形。）
规格摘要
- 透射波前畸变 (TWD)：光线穿过光学元件（例如窗户、滤光片）时产生的误差。典型的高精度规格为 λ/4 至 λ/10。
- 反射波前畸变 (RWD)：光线从光学元件（例如反射镜）反射时产生的误差。典型的高精度规格为 λ/10 至 λ/20。
对性能的影响
高波前畸变会通过以下方式降低光学系统性能：
- 降低对比度：细节变得模糊或“褪色”。
- 降低斯特雷尔比：聚焦激光点的峰值强度下降，能量浪费在光斑周围的“光晕”中。
- 限制分辨率：系统无法区分小而紧密排列的物体。