牛顿也束手无策，博士生完美公式消除球面像差

文：Alex

某个早上，墨西哥物理学研究生 Rafael González 用朱古力酱涂面包时，突然灵机一动，大喊：“妈妈！我找到了！”之后，立即冲进房间埋头编写程式，替 2,000 年来悬而未决的球面像差（Spherical Aberration）问题，找到准确的解决方法。

▲墨西哥博士生找到完美公式，消除球面镜片所造成的球面像差。

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翻查历史，约在 2,000 年前，希腊数学家戴克里克斯（Diocles）已发现球面镜片会造成球面像差问题。其后牛顿发明了一款望远镜，解决了色差问题，但对球面像差问题仍然束手无策。他虽然找到解决方法，但只得到近似值，没有找到完整准确的答案。

▲球面像差是因为球面镜片上，不同入射角度的的光线会聚焦在不同的位置上，结果使影像变得模糊。

其实早于 1620 年代，当时的科学家已想到在望远镜上加入非球面镜，改善球面像差问题。Rafael 的公式建基于使用两个（不同形状的）非球面表面，通过前后抵消原理，完美消除球面像差。利用 Rafael 发明的公式，可以准确地计算出非球面镜的形状。他使用 500 条光束来验证公式，结果满意度达到 99.9999999999%。他相信研究有助改善光学仪器的品质，但制造非球面镜片的技术却需要改善，方能降低制造成本。

▲Rafael 的公式使用两个（不同形状的）非球面表面，通过前后抵消原理消除球面像差。

Rafael 在 Tec de Monterrey 修读工业物理工程，目前正攻读博士，主力研究纳米技术。参与研究的还有 Héctor A. Chaparro。两人一同在墨西哥国立自治大学（National Autonomous University of Mexico）光学研究中心获得硕士学位。研究结果已于学术期刊 Applied Optics 上刊出。

来源：PetaPixel、Tecnológico de Monterrey