光束

       与波面对应的法线(光线)集合，称为“光束”。对应于波面为球面的光束称为同心光束，按光束传播方向的不同又分为会聚光束和发散光束。它们的波源可认为是一个几何点，但会聚光束的所有光线实际通过一点，如图 1.3(a)所示。可以在屏上接收到亮点，也可以是光线的延长线通过一点，如图1.3(b)所示。发散光束可以是由实际的点发出的，如图 1.3(c)所示，也可以是光线的延长线通过的一点，如图 1.3(d)所示。发散光束不能在屏上会聚成亮点，但能被人眼直接观察到。与平面波相对应的称为平行光束，如图 1.3(e)所示，它是同心光束的一种特殊情况。

        一般来说，球面波通过实际的光学系统总是要发生变形的,不再是球面波。相应的光束(法线束)不再会聚在一点，即不再是同心光束。

        从变了形、不再是球面的实际波面上取出一个波面元，或者说从宽光束中取出一束无限细元光束来讨论它们的情况。如图 1.4 所示，a1a3c3c1是一波面元，b2F2F1是波面元中心点 b2的法线。

        根据微分几何对曲面的讨论可知，在波面元上通过某点必定有两条法截线(通过曲面上某点法线的平面与曲面的交线)，其中一条曲率半径最大，另一条最小，且这两条截线互相垂直，称为主截线。

        如图1.4 所示，曲率半径最大的波面主截线b1b2b3的曲率中心在点F1，曲率半径最小的波面主截线a2b2c2的曲率中心在点F2。靠近主截线b1b2b3，并处于截线a1b2c3 和c1c2c3之间的其他截线，其曲率中心均处于直线元F1'F1F"上。靠近主截线a2b2c2并处于截线a1b1c1 和a3b3c3之间的其他截线，其曲率中心形成一条直线元F2'F2F2"。所以，该波面元上诸点的法线首先会聚于直线元 F2'F2F2"，然后发散，再会聚于第二条直线元F1'F1F1"上。这两条短线相互垂直，并且都垂直于波面中心点的法线或光束轴b2F2F1。

        这种结构的细光束，即垂直于波面元，彼此不相平行又不交于一点的光线所成的光束称为像散光束。波面二主截面的曲率中心称为像散光束的焦点。像散光束所会聚的两条短线F2'F2F2”和F1'F1F1"称为焦线。二焦线之间的沿轴距离 F1F2称为像散差，它是光学系统的成像缺陷中的一种显然，像散差越小，此光束越接近于同心光束，波面越接近于球面波。

        如果变形波面具有一定的大小，则情况要比上述波面元复杂得多，详见 A.N.杜德罗夫斯基编著的《光学仪器理论》一书。