物理学家解决了2000年的光学问题

来自墨西哥国立自治大学和蒙特雷理工大学的三位物理学家解决了一个有着2000年历史的光学问题——沃瑟曼

来自墨西哥国立自治大学和蒙特雷理工大学的三位物理学家解决了一个有着2000年历史的光学问题——沃瑟曼-沃尔夫问题。Rafael Gonzalez-Acuna、Hector Chaparro-Romo和Julio Gutierrez-Vega在他们发表在《应用光学》杂志上的论文中,概述了解决这个难题所涉及的数学,给出了一些可能的应用实例,并描述了测试结果的效率。

2000多年前,希腊科学家狄奥克勒斯发现了光学镜片的一个问题——当透过装有镜片的设备时,镜片的边缘看起来比中心更模糊。在他的著作中,他提出这种效应的产生是因为透镜是球形的——由于折射的不同,以一定角度入射的光线无法聚焦。据报道,艾萨克·牛顿(Isaac Newton)和戈特弗里德·莱布尼茨(Gottfried Leibniz)在解决这个问题(后来被称为球差)时遇到了困难。

1949年,沃瑟曼和沃尔夫设计了一种分析方法来描述这个问题,并给它一个官方名称——沃瑟曼-沃尔夫问题。他们建议解决这个问题的最好方法是使用两个相邻的非球面来校正像差。从那时起,研究人员和工程师们想出了各种各样的方法来解决特定应用中的问题——尤其是照相机和望远镜。大多数这样的努力都涉及到制造非球面透镜来抵消折射问题。虽然它们已经带来了改进,但是解决方案通常是昂贵的,而且对于某些应用程序来说是不够的。

现在,Gonzalez-Acuna、Chaparro-Romo和Gutierrez-Vega找到了一种解决任何尺寸镜头问题的方法,并在一个冗长的数学公式中进行了描述。它基于描述第二非球面的形状需要给定第一曲面的方式,以及对象-图像距离。本质上,它依赖于用第一个曲面解决第二个曲面的问题。结果消除了球差。

一旦建立了数学模型,研究人员就通过运行模拟来测试它。他们报告说,他们的技术可以制造出99.9999999999%准确度的镜片。研究人员表示,该配方可用于眼镜、隐形眼镜、望远镜、双筒望远镜和显微镜等。

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