波前畸变（也称透射波前误差(TWE)、反射波前误差(RWE)，或简称WFD）用于衡量光波透过光学元件或经其反射时相对于理想形状的偏差。
在理想条件下，光以完整的平面（平面波）或不断扩展的完整球面（球面波）传播。波前畸变用于量化光学元件的缺陷使这个“平面”或“球面”产生波动、褶皱或变形的程度。
核心概念
要理解失真，必须区分光的理想状态与实际状态：
- 理想波前： 在理想光学系统中，光线与波前垂直。如果光经过准直（光线平行），波前就是完全平坦的平面。如果光正在聚焦，波前就是理想球面。
- 畸变波前： 当光遇到有缺陷的光学元件时（例如厚度不均匀的窗口或表面粗糙的反射镜），波前的不同部分会相对于其他部分延迟或提前。这会改变光在不同位置的相位，使波的几何形状发生畸变。
可视化 & 测量：干涉图
在光学制造中，波前畸变无法用肉眼观察。使用干涉仪可对其进行可视化和测量，并生成称为干涉图的分布图。
- 工作原理： 干涉仪将一束光分开。其中一部分（参考光束）保持完整，另一部分（测试光束）则透过被测光学元件或从其表面反射。两束光重新合并时会相互干涉。
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判读干涉条纹: 这种干涉会形成明暗相间的带状图案，称为“干涉条纹”。
- 笔直的平行线: 表示波前完全平坦。
- 弯曲或波浪状条纹： 表示存在畸变。条纹弯曲程度越大，误差越大。
- “靶心”图样： 通常表示球面光焦度（焦点）或明显的曲率误差。
- 量化：如果一条干涉条纹弯曲了到下一条条纹“距离的一半”，则表示存在 λ/2（半个波长）的形变。
定量指标
波前畸变通常以光波长 (λ) 的分数来量化，一般以 632.8 nm（HeNe 激光）为基准。
- 峰谷值（PV）： 畸变波面上最高点（峰）与最低点（谷）之间的距离。该指标用于衡量最坏情况下的误差。常见的高精度规格为 λ/10 或 λ/20。
- 均方根（RMS）：整个波前偏差的统计平均值。RMS考虑的是整个表面，而不只是偏差最大的两个点，因此通常比PV更能准确预测整体成像质量。
畸变来源
失真主要可分为三类：
- 表面误差: 透镜或反射镜表面存在的“凸起”和“凹陷”等抛光缺陷。( 历史案例: 哈勃太空望远镜的主镜被抛光成错误的形状，导致了严重的波前误差。)
- 材料不均匀性： 玻璃基底的密度或折射率存在变化。即使窗口片完全平坦，玻璃内部的“条纹”（条状不均匀区域）也可能使光的传播速度发生变化，从而导致波面畸变。
- 传播误差： 热等环境因素。（日常示例：“热浪”或大气湍流，即道路上方的热空气使远处汽车发出的光发生畸变。）
规格汇总
- 透射波前畸变（TWD）：光线穿过光学元件（例如窗口片、滤光片）时产生的误差。典型高精度规格为λ/4至λ/10。
- 反射波前畸变（RWD）：光线从光学元件（例如反射镜）反射时引入的误差。典型高精度规格为λ/10至λ/20。
对性能的影响
较大的波前畸变会通过以下方面降低光学系统的性能：
- 降低对比度： 精细细节变得模糊或“发白”。
- 斯特列尔比降低： 聚焦激光光斑的峰值强度下降，能量耗散在光斑周围的“光晕”中。
- 极限分辨率： 系统无法再分辨尺寸小且间距近的物体。