To'lqinli front

Fizikada-vaqt oʻzgarishi, toʻlqin maydonining toʻlqin jabhasi bir xil fazaga ega boʻlgan barcha nuqtalar toʻplamidir (lokus). Bu atama odatda faqat har bir nuqtada sinusoidal ravishda bitta vaqtinchalik chastota bilan oʻzgarib turadigan maydonlar uchun maʼnoga ega (aks holda faza yaxshi aniqlanmagan).

Toʻlqinli jabhalar odatda vaqt oʻtishi bilan harakat qiladi. Bir oʻlchovli muhitda tarqaladigan toʻlqinlar uchun toʻlqin old tomonlari odatda bitta nuqtadir. Ular ikki oʻlchovli muhitda egri chiziqlar va uch oʻlchovli sirtlardir.

Tekis toʻlqinning toʻlqin jabhalari tekisliklardir .

Toʻlqinli jabhalar ob’ektivdan oʻtgandan keyin shaklini oʻzgartiradi.

Sinusoidal tekislik toʻlqini uchun toʻlqin old tomonlari tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlib, toʻlqin bilan birga shu yoʻnalishda harakat qiladi. Sinusoidal sferik toʻlqin uchun toʻlqin jabhalari u bilan kengayib boruvchi sferik yuzalardir. Toʻlqin jabhasining turli nuqtalarida tarqalish tezligi har xil boʻlsa, toʻlqin jabhalarining shakli va/yoki yoʻnalishi sinishi orqali oʻzgarishi mumkin. Xususan, linzalar optik to‘lqin jabhalarining shaklini tekislikdan sharsimonga yoki aksincha o‘zgartirishi mumkin.

Klassik fizikada diffraktsiya hodisasi Gyuygens- Frennel printsipi bilan tavsiflanadi, u tarqaladigan toʻlqinlar jabhasining har bir nuqtasini alohida sferik toʻlqinlar toʻplami sifatida koʻrib chiqadi. Xarakterli egilish namunasi kogerent manbadan (masalan, lazer) toʻlqin kiritilgan rasmda koʻrsatilganidek, oʻlchami toʻlqin uzunligi bilan solishtirish mumkin boʻlgan tirqish/diafragma bilan toʻqnashganda eng aniq namoyon boʻladi. Bu roʻyxatga olish yuzasiga turli uzunlikdagi yoʻllar bilan oʻtadigan toʻlqin jabhasidagi turli nuqtalarning (yoki ekvivalenti, har bir toʻlqinning) qoʻshilishi yoki aralashuvi bilan bogʻliq. Agar bir- biriga yaqin joylashgan bir nechta teshiklar mavjud boʻlsa (masalan, difraksion panjara), turli xil intensivlikdagi murakkab naqsh paydo boʻlishi mumkin.

Oddiy toʻlqin jabhalari va tarqalishi

Optik tizimlarni Maksvell tenglamalari bilan tavsiflash mumkin va tovush yoki elektron nurlar kabi chiziqli tarqaladigan toʻlqinlar oʻxshash toʻlqin tenglamalariga ega. Biroq, yuqoridagi soddalashtirishlarni hisobga olgan holda, Gyuygens printsipi toʻlqin jabhasining, masalan, boʻsh maydon orqali tarqalishini bashorat qilishning tezkor usulini beradi. Qurilish quyidagicha: toʻlqinlar jabhasidagi har bir nuqta yangi nuqta manbai deb hisoblansin. Har bir nuqta manbasidan jami taʼsirni hisoblash orqali yangi nuqtalarda hosil boʻlgan maydonni hisoblash mumkin. Hisoblash algoritmlari koʻpincha ushbu yondashuvga asoslanadi. Oddiy toʻlqinli jabhalar uchun maxsus holatlar toʻgʻridan-toʻgʻri hisoblanishi mumkin. Masalan, sferik toʻlqin jabhasi sferik boʻlib qoladi, chunki toʻlqin energiyasi barcha yoʻnalishlarda teng ravishda oʻtkaziladi. Har doim toʻlqin jabhasiga perpendikulyar boʻlgan energiya oqimining bunday yoʻnalishlari bir nechta toʻlqin jabhalarini yaratuvchi nurlar deb ataladi.

Fayl:Hamiltonian Optics-Rays and Wavefronts.png

Nurlar va toʻlqin jabhalari

Toʻlqin jabhasining eng oddiy shakli tekis toʻlqin boʻlib, bu yerda nurlar bir-biriga parallel. Ushbu turdagi toʻlqinlardan keladigan yorugʻlik kollimatsiyalangan yorugʻlik deb ataladi. Samolyot toʻlqin jabhasi juda katta sferik toʻlqin jabhasining sirt qismi uchun yaxshi modeldir; masalan, quyosh nuri radiusi taxminan 150 million kilometr (1AU) boʻlgan sferik toʻlqin jabhasi bilan yerga tushadi. Koʻp maqsadlar uchun bunday toʻlqin jabhasini yerning diametri masofalarida tekislik deb hisoblash mumkin.

Toʻlqinli jabhalar izotrop muhitda, barcha yoʻnalishlarda, yorugʻlik tezligida harakat qiladi.

Toʻlqin frontining aberatsiyasi

Toʻlqinli oʻlchovlar yoki bashoratlardan foydalanadigan usullar linzalar optikasiga ilgʻor yondashuv sifatida qaralishi mumkin. Bu Yerda linza qalinligi yoki nomukammalligi tufayli bitta fokus masofasi mavjud boʻlmasligi mumkin. Ishlab chiqarish sabablariga koʻra, mukammal linzalar sferik (yoki toroidal) sirt shakliga ega, ammo nazariy jihatdan ideal sirt asferik boʻladi. Optik tizimdagi bu kabi kamchiliklar optik buzilishlar deb ataladigan narsalarni keltirib chiqaradi. Eng mashhur aberatsiyalarga sferik aberatsiya va koma kiradi.

Biroq, atmosferaning sinishi indeksidagi fazoviy oʻzgarishlar tufayli katta teleskopdagi kabi aberratsiyalarning yanada murakkab manbalari boʻlishi mumkin. Optik tizimdagi toʻlqin jabhasining istalgan mukammal planar toʻlqin jabhasidan ogʻishi toʻlqin frontining aberatsiyasi deb ataladi. Toʻlqinli front aberrations odatda namunali tasvir yoki ikki oʻlchovli polinom atamalar toʻplami sifatida tavsiflanadi. Optik tizimlardagi koʻplab ilovalar uchun ushbu aberatsiyalarni minimallashtirish maqsadga muvofiqdir.

Wavefront sensori va rekonstruksiya usullari

Toʻlqinli front sensori — Wavefront sensori va rekonstruksiya usullari bu optik tizimdagi optik sifatni yoki uning etishmasligini tavsiflash uchun kogerent signalda toʻlqin frontining aberatsiyasini oʻlchaydigan qurilma. Shack-Hartmann linzalari majmuasidan foydalanish juda keng tarqalgan usuldir. Moslashuvchan optika, optik metrologiya va hatto koʻzning oʻzida buzilishlarni oʻlchashni oʻz ichiga olgan koʻplab ilovalar mavjud. Ushbu yondashuvda zaif lazer manbai koʻzga yoʻnaltiriladi va retinaning aksi namuna olinadi va qayta ishlanadi.

Shack-Hartmann tizimiga muqobil toʻlqin jabhasini sezish usullari paydo boʻlmoqda. Fazali tasvir yoki egrilikni sezish kabi matematik usullar ham toʻlqin jabhasini baholashga qodir. Ushbu algoritmlar maxsus toʻlqinli optikaga ehtiyoj sezmasdan, turli fokusli tekisliklarda anʼanaviy yorqin maydon tasvirlaridan toʻlqinli old tasvirlarni hisoblab chiqadi. Shack-Hartmann linzalari massivlari linzalar massivining oʻlchamiga lateral ruxsatda cheklangan boʻlsa-da, bu kabi usullar faqat toʻlqin old oʻlchovlarini hisoblash uchun ishlatiladigan raqamli tasvirlarning ruxsati bilan cheklangan. Yaʼni, bu toʻlqinli sensorlar chiziqlilik muammolaridan aziyat chekmoqda va shuning uchun fazalarni oʻlchash nuqtai nazaridan asl SHWFSga qaraganda ancha mustahkamroq.

Fazani dasturiy taʼminotni qayta qurishning yana bir qoʻllanishi adaptiv optikadan foydalanish orqali teleskoplarni boshqarishdir. Keng tarqalgan usul bu Roddier testi boʻlib, u toʻlqinning egriligini aniqlash deb ham ataladi. Bu yaxshi tuzatish beradi, lekin boshlangʻich nuqtasi sifatida allaqachon yaxshi tizimga muhtoj. Haqiqatan ham, yuqorida tavsiflangan chiziqlilik muammolari tufayli. Shuning uchun odamlar keyingi Gen adaptiv optik tizimlarida turli xil WFS turlarini birlashtiradi.

Yana qarang

• Gyuygens-Frenel printsipi
• Toʻlqinli old sensor
• Moslashuvchan optika
• Deformatsiyalanadigan oyna
• Toʻlqinli maydon sintezi

Qoʻshimcha oʻqish

Darsliklar va kitoblar

• Zamonaviy fizika tushunchalari (4-nashr), A. Beiser, Fizika, MakGrou-Xill (Xalqaro), 1987,ISBN 0-07-100144-1
• Zamonaviy ilovalar bilan fizika, LH Greenberg, Holt-Saunders International WB Saunders and Co, 1978,ISBN 0-7216-4247-0
• Fizika tamoyillari, JB Marion, WF Hornyak, Holt-Saunders xalqaro Saunders kolleji, 1984,ISBN 4-8337-0195-2
• Elektrodinamikaga kirish (3-nashr), DJ Griffits, Pearson Education, Dorling Kindersley, 2007,ISBN 81-7758-293-3
• Nur va materiya: elektromagnetizm, optika, spektroskopiya va lazerlar, YB Band, Jon Wiley & Sons, 2010,ISBN 978-0-471-89931-0
• Light Fantastic — Klassik va kvant optikasiga kirish, IR Kenyon, Oksford universiteti nashriyoti, 2008 yil,ISBN 978-0-19-856646-5
• McGraw Hill Fizika entsiklopediyasi (2-nashr), CB Parker, 1994,ISBN 0-07-051400-3
• 978-1-4020-0333-2

Jurnallar

• Arnol'd, V. I. (1983). "Особенности систем лучей [Singularities in ray systems]" (Russian). Успехи математических наук 38 (2(230)): 77–147. doi:10.1070/RM1983v038n02ABEH003471. http://www.mathnet.ru/links/57fe8d94a41dde5a389a743bce14b776/rm7160.pdf. 
• François Roddier, Claude Roddier (April 1991). "Wavefront reconstruction using iterative Fourier transforms". Applied Optics 30 (11): 1325–1327. doi:10.1364/AO.30.001325. ISSN 0003-6935. PMID 20700283. 
• Claude Roddier, François Roddier (November 1993). "Wave-front reconstruction from defocused images and the testing of ground-based optical telescopes". Journal of the Optical Society of America A 10 (11): 2277–2287. doi:10.1364/JOSAA.10.002277. 
• Shcherbak, O. P. (1988). "Волновые фронты и группы отражений [Wavefronts and reflection groups]" (Russian). Успехи математических наук 43 (3(261)): 125–160. doi:10.1070/RM1988v043n03ABEH001741. http://www.mathnet.ru/links/100d8a1eb447dd5b7afb5374163c5c3d/rm1892.pdf. 
• Wavefront tip/tilt estimation from defocused images (Wayback Machine saytida 2006-09-12 sanasida arxivlangan)

Havolalar

• LightPipes (Wayback Machine saytida 2022-11-24 sanasida arxivlangan) — Unix toʻlqin frontini tarqatish uchun bepul dastur