光学设计基础
这个系列更新的文章是关于理解光和光学的基础概念，包括什么是光、光的折射和色散、以及对材料的选择。
什么是光？
当人们提到光，我们脑海自然就浮出我们日常生活中看到的五彩缤纷的各种颜色。天空是蓝色的，树叶是绿色的，加上各种颜料，我们可以创造出更多的色彩。但是这样的概念没有任何直观的东西，比如我们为什么在阳光下呆久了，就会感觉皮肤刺痛，为什么有我们可以使用一些探测器看到人体发出热量的的“颜色”。
用科学术语来说，所有可见和不可见的光都称为电磁辐射，它以波的形式在空间中传播。就像在海洋表面看到的振荡一样，光波以周期性的方式传播，具有相应的波峰和波谷。这样就可以解释前面的问题了，皮肤感到刺痛的原因是因为有紫外线，而能看到人体“颜色”是由于红外线。下图是整个电磁波中光波长的大致分类：
如您所见，可见光只占整个光谱的一小部分。比可见光波长短的波长包括紫外线和 X 射线区域，而波长较长的是红外线、微波和无线电波。您还会注意到，较长的波长在提及其峰峰值波长距离时以微米、毫米甚至千米为单位进行测量。
光学特性-折射率和色散
==折射率==(n) 是光学材料的主要定义特性之一。简而言之，折射率定义了光在穿过两种介质之间的边界时弯曲或“折射”的程度。它是从真空中的光速与其在新介质中的速度之间的关系得出的，表示为：
n = c / v
==色散==(Vd) 建立在折射率的概念之上，并由相同的原理推导出来。折射率使光学设计人员能够了解光在一般意义上如何弯曲，而色散更准确地定义了每个特定波长的光将弯曲的程度。当白光通过棱镜时会产生这种现象的一个常见例子。由于不同波长在通过棱镜时以不同的速率减速，因此每个波长也以略微不同的角度弯曲。
光学系统设计应用和环境的考量
光学设计中第一个也是最明显的考虑因素是定义预期应用。也许该系统将用于在紫外线下对太阳成像；也许它用于人体组织的生物医学成像，或者它可能是一个简单的视口，需要承受极高的压力或腐蚀性化学物质。有无数的应用可供选择，每一个都需要仔细注意其运行环境和特定的波长范围。例如，用于飞行器侦察的热像仪设计用于在特定的红外区域成像，特别是在夜间可以通过热信号识别个体的光谱部分。同时，当工作环境从柏油碎石路面的酷热沙漠，到高海拔的寒冷温度时，光学设计人员必须选择在指定波长范围内、适宜工作温度范围内并且具有热稳定性的材料。
材料有许多不同的形式，有数百种为可见光谱制造的光学玻璃。其他，如熔融石英, 扩大了传输范围，延伸到紫外线和近红外线深处。然后是基于晶体的材料，例如硅和锗，它们在可见光中根本不透射，但对红外光是透明的。一些晶体，如 CaF2（氟化钙）和 MgF2（氟化镁）具有从紫外线一直到长波红外光的出色透射率。另一组材料是吸收性滤光玻璃，可以选择性地传输某些波长而阻挡其他波长。下图是一些常见的材料传输范围：
