在人類生活的宏觀領(lǐng)域中，多數(shù)情況下必須要考慮光（電磁波）的波動(dòng)性，一般的波動(dòng)理論完全適用于光的傳播過(guò)程。波源所發(fā)出的振動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí)，相同時(shí)間所到達(dá)的各點(diǎn)所組成的面，稱為波面（wave surface），同一波面上各點(diǎn)的振動(dòng)位相是相同的。我們將最前沿的波面稱為波前或波陣面（wavefront）。由點(diǎn)光源發(fā)出的單色光，可以看作是電磁場(chǎng)的（簡(jiǎn)）諧振動(dòng)在空間的傳播，如果介質(zhì)是均勻各方向同性的，那么光在傳播中的波面就會(huì)形成一個(gè)個(gè)同心的球面，稱為球面波（spherical wave）。當(dāng)離點(diǎn)光源很遠(yuǎn)處，球面很大時(shí)，球面上的一小部分就會(huì)與平面十分接近，此時(shí)在所研究范圍內(nèi)就可以稱之為平面波（plane wave）。在特定條件下，還可能會(huì)出現(xiàn)柱面波。波面上某點(diǎn)處的正法線方向就是該處波的傳播方向，對(duì)于電磁波來(lái)說(shuō)，也就是光線的傳播方向（圖2-1）。

波前和波前像差是一個(gè)物理學(xué)概念，物理光學(xué)認(rèn)為光線是一種前進(jìn)中的電磁波，是電磁波中復(fù)合場(chǎng)的位相。而在幾何光學(xué)中，波前是相同位相的包絡(luò)射線。點(diǎn)光源向周圍發(fā)出的電磁振動(dòng)可用下式來(lái)表示:

其中，A是振幅，T是振動(dòng)周期，t是時(shí)間。當(dāng)時(shí)間t = T，2T，3T……時(shí)，振動(dòng)過(guò)程在這些瞬時(shí)的狀態(tài)是相同的，稱為具有相同的振動(dòng)相位。同時(shí)，在某一瞬時(shí)t，可在振動(dòng)傳播的方向上同位相的點(diǎn)所形成的面稱為波振面，簡(jiǎn)稱波面。與水波類似，波前的峰值代表了相位超前，而波前的谷值代表了相位滯后。在理想成像情況下，點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后所成的像應(yīng)該是一個(gè)以理想像點(diǎn)為中心的球面——理想波面。

圖2-1 波陣面的形成和傳播

用光線的矩陣所形成的波前（即實(shí)際測(cè)量的光學(xué)系統(tǒng)的波前）并和理想的球面相比較，就可以發(fā)現(xiàn)二者之間存在著偏差，Brown和Wolf稱這種偏差為波前像差（wavefront aberration）。同樣，所謂眼屈光系統(tǒng)的波前像差就是實(shí)際的波前同理想的參考波前之間的偏差，如果實(shí)際波前上的某點(diǎn)位于參考波前的前面（相對(duì)與光的傳播方向），那么該點(diǎn)的波前像差就定義為正值，而如果實(shí)際的波前上的某點(diǎn)位于參考波前之后，則該處的波前像差就定義為負(fù)值，同樣，如果某點(diǎn)正好位于參考波前上，該點(diǎn)就定義為零。