基于虚拟仿真“现代工程光学”教学内容的探索

2.3 像差理论中抽象概念的直观展示与理解

像差理论是几何光学的难点，不仅由于其包含很多种类的几何像差概念，而且其中存在一些较抽象的比较难以理解的概念，比如讨论有关轴外光束成像时涉及到“子午平面”“弧矢平面”和“物空间中轴外光线对关于主光线对称的对称性在像空间被打破了”等。但是，作为光学设计的理论基础，像差理论的学习又是至关重要的。所以，利用 Zemax 软件的虚拟仿真可以通过图形的直观展示使得一些相关概念的图像化，便于学生更深入的理解。

如图 4 所示，在分析轴外光束成像时，根据“子午平面”与“弧矢平面”及其平面内的光束分别为“子午光束”和“弧矢光束”的概念，利用 Zemax 软件仿真出轴外光束通过正透镜传播时的光路图，就可以直观地展示出相应的概念，使学生形象地了解相关的基本知识。图 4（a）是同时显示了当物面的轴外点发出子午光束和弧矢光束入射时，经一个正透镜透射后的光线传播情况，图 4（b）和图 4（c）分别显示了子午光束和弧矢光束的单独传播情况，而且软件还具有调节图形不同的观察方向，使学生可以从不同的角度去生动直观地观察与理解。