色差 基础概念引入 当白光（例如太阳光）经过一个简单的凸透镜后，你并不会在焦点上得到一个完美的白色光点，而是会看到一圈彩色的模糊光斑，外圈常呈紫蓝色，内圈呈红黄色。这种白光被透镜分解成不同颜色光谱的现象，就叫做 色差 。其本质原因是透镜材料对不同颜色（波长）的光具有不同的折射率。 物理原理：色散 要理解色差，必须先明白 色散 。如你已学的“折射率”知识所述，折射率 (n) 是描述光在介质中偏折程度的物理量。对于同一种透明介质（如玻璃），其折射率并非常数，它会随光的波长 (λ) 而变化。波长越短（如紫光、蓝光），折射率越大；波长越长（如红光、橙光），折射率越小。因此，当一束平行的复合白光斜射入透镜时，不同颜色的光会因为折射率不同而以略微不同的角度偏折，这就是色散，它是产生色差的直接原因。 色差的分类 色差主要分为两类，它们共同导致了成像的模糊和彩色镶边： 轴向色差（位置色差） ：指不同波长的光通过透镜后，聚焦在 光轴 上的不同位置。紫光（短波）折射强，焦点离透镜最近；红光（长波）折射弱，焦点离透镜最远。因此，无论你将成像屏放在何处，都无法同时获得所有颜色的清晰像。 横向色差（放大率色差） ：指不同波长的光通过透镜后，成像的 高度（放大率） 略有不同。这会导致像的边缘出现彩色镶边（例如，物体一侧出现红边，另一侧出现蓝边），即使对焦准确也无法消除。 降低与消除色差的方法 由于单透镜无法避免色差，光学设计中采用组合透镜来校正它。最经典的方法是使用 消色差双合透镜 。 这种透镜由一块低色散材料（如 冕牌玻璃 ，折射率较低但色散也小）的正透镜和一块高色散材料（如 火石玻璃 ，折射率高且色散大）的负透镜粘合而成。 设计原理是：正透镜产生色差，使光线会聚；负透镜产生相反的色差，使光线发散。通过精密设计两者的曲率和组合，可以使两种特定波长（通常选红光和蓝光）的光精确聚焦在同一点，从而在视觉上大大削弱彩色模糊。更高级的设计还能对三种或更多波长进行校正（复消色差、超消色差透镜）。 色差的实际影响与应用 色差会降低光学系统的成像质量，在摄影、望远镜、显微镜等领域都需要极力校正。在天文望远镜中，严重的色差会使星体周围出现彩色光环，掩盖细节。在单反相机镜头中，复杂的光学镜组（多片透镜组合，并使用特殊低色散镜片）正是为了最大限度地校正包括色差在内的各种像差。反过来，色散原理本身也被积极利用，例如在光谱仪中，棱镜正是利用色差（色散）来将光分解成光谱进行分析。