Em 1912, ele foi premiado com seu trabalho sobreopalescência em gases. Em 1913, ele se tornou assistente deJacobus Kapteyn no laboratório astronômico daUniversidade de Groningen. Em 1914, Zernike eLeonard Ornstein foram co-responsáveis pela derivação da equação de Ornstein-Zernike na teoria do ponto crítico. Em 1915, obteve uma posição em física teórica na mesma universidade e em 1920 foi promovido a professor catedrático de física teórica.
Ele também fez outra contribuição no campo da ótica, relacionada à descrição eficiente dos defeitos de imagem ou aberrações de sistemas de imagem ótica como microscópios e telescópios. A representação das aberrações foi originalmente baseada na teoria desenvolvida porLudwig Seidel em meados do século XIX. A representação de Seidel era baseada em expansões de séries de potência e não permitia uma separação clara entre vários tipos e ordens de aberrações. Os polinômios do círculo ortogonal de Zernike forneceram uma solução para o problema de longa data do "equilíbrio" ideal das várias aberrações de um instrumento óptico. Desde 1960, ospolinômios de círculo de Zernike são amplamente usados em design óptico, metrologia óptica e análise de imagens.
O trabalho de Zernike ajudou a despertar o interesse pela teoria da coerência, o estudo de fontes de luz parcialmente coerentes. Em 1938, ele publicou uma derivação mais simples do teorema de Van Cittert de 1934 sobre a coerência da radiação de fontes distantes, agora conhecido como teorema de Van Cittert-Zernike.[1][2]
↑Van Cittert, P. H. (1934). «Die Wahrscheinliche Schwingungsverteilung in Einer von Einer Lichtquelle Direkt Oder Mittels Einer Linse Beleuchteten Ebene».Physica.1 (1–6): 201–210.Bibcode:1934Phy.....1..201V.doi:10.1016/S0031-8914(34)90026-4
