想要成為一個光學設計工程師要有的基本素質和理論基礎是什麼？
謝邀。
本人還是在校的本科生，如果回答有不妥之處還請指正~~ ^_^
有些人把照明設計也算做光學設計，這方面我不了解，等大神來回答吧。
=========================我是分割線==================================
這個問題太大了，我盡量由淺入深來回答吧。
首先當然是幾何（應用）光學的知識。近軸光各參數的計算、光路計算、初級像差的概念、幾種基本光學結構、PW法、像質評價等等，課本上的內容我就不多講了。然後如果有志與從事光學設計行業的話，一些比較複雜的光學系統應該也是要了解一下的。
然後要熟悉 Zemax 或者類似的 CodeV 等光學設計軟體。現代複雜的光學設計都是在這種成熟的軟體環境中進行的，手工計算幾乎不可能。我所謂的熟悉就是獨立完成幾項光學設計，包括但不限於參數的修改、生成的圖表和像差參數的閱讀、像差的修正等。像我們學校的話，本科生只要完成幾何光學層面上的設計就可以了。光學設計的話，找一個靠譜的光學結構作為基礎進行設計。此外，懂得查找文獻專利、懂得如何正確使用 google，學好英語等都是老生常談了。
必須要說明的是，光學設計需要的知識涵蓋了光機電三個學科的方方面面，一個成熟的工程師肯定要盡量面面俱到。但是對大多數本科生來說，光學涉及大量的數理知識，「跳級」學習並不容易。個人建議還是一步步來。
接下來是電動力學，有些學校可能沒有，或者叫做電磁學。這是一門比較抽象的理論課，主要是為了學習接下物理光學等專業課程打基礎，不多說。
再然後是物理光學和激光原理的內容。物理光學應該是光學專業最重要的課程了，你用 zemax 的話就會發現裡面有不少參數設置跟物理光學有關的。激光原理則是要熟悉高斯光束的原理應用，畢竟激光光學是光學實驗的基礎。而要學習好這兩門課程，數學知識是必不可少的，包括但不限於微積分、線性代數、數理方程。
最後是關注最新的科研進展。我對光學設計不感興趣，但是我比較關注近年來 Ray Tracing 技術的大規模應用。當時我們一個大牛老師就說過，不懂光線追蹤應用光學就白學了。當然，我還是默默地去填計算機圖形學和圖像處理演算法的大坑吧。
最後的最後，很俗氣地送一句話：有志者事竟成。祝好。我覺得大多數光學專業的本科生都不知道什麼是光學設計，更別提後面的工程師三個字了，理論基礎決定上層建築，這句話用在光學上絕對是真理，只有懂了理論並且掌握了理論，你才能很享受光學設計帶給你的快樂，光學設計是一門很深奧的學科，有些人學了一兩年覺得自己已經入門了，其實他還沒有看見光學設計的大門，有一位群裡面的大牛好友，自己感慨，干光學設計7，8年了，才感覺自己剛剛入門，我覺得能稱得上是光學設計工程師的人是很少的。
光學設計是一個非常需要經驗技能，在你沒有經驗的時候，你能做的就是好好學習理論基礎，泛泛的看書是沒有用的，用一年的時間把張以膜的應用光學看完，就有了一定的理論基礎，zemax和codev只是一種工具，我個人認為zemax只是一個計算器，光學設計的計算器。我也是個菜鳥，對什麼電啊基本一竅不通，只了解點光學設計和機械方面的知識。
就單純光學設計來說，我覺得先要掌握理論基礎，PWC法不一定要用在實際的設計過程中，但是PWC法對於光學理論的掌握還是很有用的，應光物光的學習是必須的，然後就是對各種類型的光學結構的了解以及各種類型的光學結構的演變，當然這都是不容易的，沒有幾年的功夫也是不可能掌握的
光學設計是一個不能讓你一夜暴富，但是可以養活你一輩子
想到哪裡說哪裡~~
先說一下，光學設計師是個很好的職業，只要你能HOLD住。
應用光學是首選，應用光學有講像差理論，這個是關鍵
再就是說基本素質，其實也是做為一個工程師的基本素質
因為光學設計，是個漫長的過程
比如說顯微鏡物鏡的設計吧
你很精通應用光學，很精通相應軟體，離設計還差很遠
你還得懂光學冷加工工藝
還得了解行業基本知識
。。。。。。
這個漫長過程，還包括，即使你設計了一款鏡頭，比如5片鏡片，那需要做磨具，做光學樣板，再加上光學冷加工，鍍膜，最後完成，一般幾個月
你還得配上機械結構
最後裝調好後，一般出現兩個情況，符合設計，或者不符合設計
符合設計的話，恭喜你，但是現在只是試造，還有做小批量的生產，還有大批量的生產，都可能有潛在的問題存在
如果不符合設計，你就慘了，看你自己找問題的能力了
。。。。。。
在你工作了10年，也許設計的就那幾款鏡頭
瀉藥，樓上的回答一句很詳細了，關於照明設計是否歸屬於光學設計範疇的問題，我只能說，當你就業的時候，照明設計也是願意招收光學設計專業的人，但是我覺得照明設計還有很大一部分是關於外觀設計的內容，這些內容就和光學沒有太大關係了。透鏡設計及透鏡組設計應該可以算作是比較純粹的光學設計。
基本素質和理論基礎應該是懂的幾何光學和物理光學，包括傅里葉光學吧，然後就是會用光學設計軟體了，剩下的更多是經驗的積累，光機電設計時，更多的需要權衡電學和機械部分與光學部分的關係，這一點在書本上很難學到。
本人從事LED照明光學設計。簡單來說就是一些反光杯和透鏡製作，當然也有其他的光學系統。基本原理很簡單，就是基本的幾何光學，光度學和色度學。主要使用軟體有lighttools，tracepro，optisworks等進行光學模擬模擬。和一些三維建模軟體。
當然，類似的行業有導光板設計，車燈設計等，不同行業使用的軟體可能不同，不過基本原理都是大同小異，和成像光學還是有很大差異的。
第一次回答專業相關，說的不好請見諒。如有問題可以私信了解。
最重要的是耐心以及設計遇到瓶頸不會有砸電腦的衝動
謝邀，我不是光學專業出身，日常使用zemax完成的工作也比較簡單，基本都是non-sequential的模擬，可能無法提供深入的建議。樓上提到張以膜的書，沒看過，據說很多印刷錯誤。我推薦《現代光學工程》譯本。另外對於工業界來說，使用專業軟體是一件時間成本很高的事情，紮實迅速的手算能解決很多問題，這跟實用軟體一樣需要積累。
和客戶的交流能力，對設計要求的合理性判斷能力，像差校正手段，公差分配技巧，以及對冷加工工藝的了解。
光學設計是否成功，重要的是光路設計的兩端，是否控制的好：最初的交流是否順暢、有效，最後的加工驗證是否成功。
掌握理論、軟體，這是再基本不過的技能了。只掌握這些，並不能認為已學會光學設計了。我也是本科剛畢業，感覺自己需要深入學習理論知識，為了光學，感覺自己是個熱血小青年
光學系統設計，航天科工集團8358所翻譯，這本書全看懂了大概入門了吧。
知乎上成像光學設計的牛人很多，我就不班門弄斧了。工作之後主要做的是照明類，所以就聊這方面的：軟體雖然是工具，但是特殊領域的光學設計還是得由軟體協助完成，特別是車燈設計，車燈的光學設計已經不是簡單基於標準面或者非球面了，基於nurbs建模結合光學演算法，一些車燈軟體能夠直接生成想要結果。大的車燈公司諸如馬瑞利（子品牌就是automotive lighting,簡稱al），海拉，法雷奧在很早就有比現在商業軟體更為方便的內部軟體。lighttools新版本也為此增加類似lucidshape的功能。此外軟體的設置雖然大同小異，但是理解對應的理論模型會對同時掌握多個軟體有很大的好處。
做照明不可避免的會和大量的光源，特別是led光源，打交道。光度學知識只是一個合格光學工程師一小部分，光源的光學特性（包含光譜以及與電相關的光源參數）都是需要熟練掌握的，特別是光譜、cie標準以及材料選擇（不同顏色或者透過率），讓我覺得與光學相關的顏色理論也是工作中需要的。
相比於成像光學，照明光學會感覺簡單些，現在從業人數也比較多。胡亂幾筆，邏輯順序比較差，希望對樓主有所幫助。
我也是搞這個的，我想同問！
推薦閱讀：