定義：
衡量光學(xué)系統(tǒng)聚焦或者使光散焦程度的量。

很多類型的光學(xué)系統(tǒng)（例如，顯微鏡物鏡和彎曲的激光器反射鏡）都可以聚焦或者使光散焦，焦距就是量化這些效應(yīng)的量。
最簡(jiǎn)單的情形為薄透鏡（圖1a）。如果入射到透鏡的光是一束準(zhǔn)直光束，經(jīng)過透鏡后光束會(huì)發(fā)生聚焦，這時(shí)焦距就是從透鏡到焦點(diǎn)的距離（假設(shè)棱鏡是處于真空或者空氣中，而不是處于折射率很高的物質(zhì)中）。

而對(duì)于散焦透鏡（圖1b），焦距則是從透鏡到虛焦點(diǎn)（采用虛線表示）的距離，是負(fù)值。

透鏡的焦距
可以采用下列方程計(jì)算透鏡的屈光度和焦距，透鏡材料的折射率為n，兩表面的曲率半徑分別為R1和R2：

凸面的曲率半徑為正數(shù)，而凹面的曲率半徑則是負(fù)值。聚焦透鏡得到的結(jié)果為正值，結(jié)果為負(fù)值則對(duì)應(yīng)的為散焦透鏡。后面的一項(xiàng)只有當(dāng)棱鏡很厚，兩面曲率半徑都很大時(shí)才需要考慮。

這一方程適宜于傍軸光線情形，即光線離對(duì)稱軸不遠(yuǎn)的情況。

曲面鏡的焦距
經(jīng)常采用曲面鏡聚焦或者散焦光束。例如，在激光器諧振腔，具有電介質(zhì)涂層的激光反射鏡比普通的透鏡更適用，主要是因?yàn)榉瓷溏R損耗更小。
當(dāng)光軸垂直于反射鏡表面時(shí)，表面曲面半徑為R的反射鏡的焦距f=R/2。（正號(hào)代表凸面和聚焦反射鏡。）如果光軸與表面法線方向夾角 θ 不為0，那么切向（入射平面）的焦距為 ftan=(R/2)cosθ，矢狀方向的焦距為 fsag=(R/2)/cosθ 。
激光反射鏡的曲面半徑通常在10 mm到5 m之間。如果曲面半徑非常小，制備介質(zhì)涂層會(huì)非常困難，但是采用精細(xì)的工藝也可以得到僅為幾毫米焦距的反射鏡，這在一些微型激光器中會(huì)用到。

光學(xué)系統(tǒng)的焦距
一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可能包含多個(gè)透鏡和其它光學(xué)元件，因此不能采用上面定義的焦距，因?yàn)椴荒苊鞔_應(yīng)計(jì)算何處到焦點(diǎn)的距離：
是從光學(xué)系統(tǒng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)、中點(diǎn)還是其它位置？原則上可以采用任意的參考點(diǎn)，但是這時(shí)有些原理不能使用，這些原理在具有特定焦距的透鏡焦點(diǎn)處光束束腰半徑是適用的，或者望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)等。有人采用前焦距來表示焦點(diǎn)與光學(xué)元件的前表面之間的距離。

照相物鏡的有效焦距
在照相術(shù)中，有效焦距具有非常不同的意義，下面我們?cè)敿?xì)解釋一下。
照相機(jī)的視角由膠片上像的尺寸與焦距的比值決定。膠片相機(jī)一直采用35 mm膠片（根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)1007也稱為135膠片），膠片上像的尺寸為標(biāo)準(zhǔn)的36 mm×24 mm。
（膠卷軸的寬度為35mm，比24 mm大是為了使圖像不會(huì)擴(kuò)展到卷軸的邊緣。）這時(shí)物鏡的焦距為標(biāo)準(zhǔn)的50 mm。然而現(xiàn)在的數(shù)碼相機(jī)（尤其是尺寸小的）通常包含尺寸小于36 mm×24 mm得像傳感器，因此為了得到相同的視場(chǎng)，對(duì)應(yīng)的物鏡焦距也比較小（例如32 mm）。
許多攝影師仍然習(xí)慣采用常用的焦距與視角的比值，因此常用有效焦距來表征數(shù)碼相機(jī)的焦距，此時(shí)的焦距數(shù)碼相機(jī)的視場(chǎng)與與普通35 mm膠片的視場(chǎng)相同。
例如，實(shí)際焦距為32 mm也可以說成標(biāo)準(zhǔn)物鏡的有效焦距為50 mm。
隨著越來越少的人采用35 mm膠片，這一轉(zhuǎn)換過程以后可能不會(huì)采用。

焦距可調(diào)的光學(xué)系統(tǒng)
在有些系統(tǒng)中，尤其是聚焦成像系統(tǒng)，需要光學(xué)系統(tǒng)的焦距是可調(diào)的。可以采用下面的原理：

• 如果透鏡是由可變形的材料做成的，施加機(jī)械應(yīng)力會(huì)改變其形狀，因此可以改變焦距。這一原理可用于接目鏡中。需要聚焦附近的物體時(shí)焦距會(huì)變短。

• 當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)包含多個(gè)光學(xué)元件時(shí)（例如，透鏡），可以調(diào)節(jié)光學(xué)元件之間的相對(duì)距離來調(diào)節(jié)焦距。這一原理可以用于照相機(jī)的變焦物鏡中。

與波長(zhǎng)有關(guān)的焦距
普通透鏡是利用光的折射，由于折射率與波長(zhǎng)有關(guān)（色散），因此焦距也與波長(zhǎng)相關(guān)。這一效應(yīng)會(huì)使成像系統(tǒng)產(chǎn)生色差，在工作于寬波長(zhǎng)區(qū)域的光學(xué)系統(tǒng)中也存在類似的問題。
可以設(shè)計(jì)采用多個(gè)透鏡（例如，照相機(jī)的物鏡）來使色差最小化。最常用的做法是采用消色差雙合透鏡，即由兩種材料組成的透鏡，這樣總體色差很大部分的被抵消了。
也可以只采用包含反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)來消除色差。曲面半徑為R的曲面鏡的焦距為 f=R/2 ，只由幾何形狀決定，而與波長(zhǎng)無關(guān)。但是，在非正交入射的情況下，切平面的焦距與入射角余弦成正比，矢狀面與入射角余弦的倒數(shù)成正比。因此這種系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生像散。

屈光本領(lǐng)
透鏡的屈光本領(lǐng)等于焦距的倒數(shù)。表明強(qiáng)聚焦的透鏡焦距小，但是屈光本領(lǐng)大。屈光本領(lǐng)的單位為m1，也稱為屈光度（dpt）。對(duì)于驗(yàn)光眼鏡，常用屈光本領(lǐng)來表征，這時(shí)焦距指的是標(biāo)準(zhǔn)透鏡，顯微鏡物鏡和照相物鏡的焦距。
很多情況下，屈光本領(lǐng)是比焦距更常用的量。例如，激光晶體中熱透鏡的屈光本領(lǐng)正比于耗散功率。
采用熱透鏡屈光本領(lǐng)表示的激光器諧振腔穩(wěn)定區(qū)域的寬度與激光晶體的最小模式半徑和光波長(zhǎng)都有關(guān)系，而用焦距表征的穩(wěn)定區(qū)域與參數(shù)之間的關(guān)系更加復(fù)雜。

發(fā)散光束的聚焦

圖2：透鏡方程的圖解。
發(fā)散光束入射到聚焦透鏡上時(shí)，焦點(diǎn)距離透鏡的距離比f大（圖2）。透鏡方程可寫為：

其中a是入射光束的焦點(diǎn)與透鏡之間的距離。當(dāng)a>>f時(shí)，有b≈f，而其它情況下，則有b>f 。這一關(guān)系可以這樣直觀的理解：使入射光束準(zhǔn)直（即消除光束發(fā)散）需要聚焦能力為1/a，這樣只需聚焦能力為 1/f1/a可將光束聚焦。
如果a≤f，以上方程不成立，透鏡則不能使光束聚焦。
在射線情況下，傍軸近似滿足時(shí)透鏡方程成立。

束腰半徑
光束半徑為 w0的準(zhǔn)直高斯光束入射到焦距為f的透鏡上，經(jīng)過透鏡后束腰處的半徑滿足方程：

這時(shí)假設(shè)焦點(diǎn)處光束半徑遠(yuǎn)小于初始光束半徑w0。（當(dāng)光束入射半徑很小時(shí)該條件不滿足，這時(shí)焦點(diǎn)比根據(jù)上面方程得到的值要大。）同時(shí)，還需要假設(shè)光束半徑遠(yuǎn)大于波長(zhǎng) λ，這樣傍軸近似是滿足的。
根據(jù)上面方程發(fā)現(xiàn)決定最小光束半徑的并不只是焦距f，還有f與透鏡孔徑半徑的比值，這一比值限制了最大光束半徑w0。該比值稱為透鏡的數(shù)值孔徑。
這一原理能否用于焦距為f擴(kuò)展的光學(xué)系統(tǒng)取決于采用的焦距的定義。有時(shí)需要定義有效焦距來滿足這一關(guān)系。