웨이브프론트

Wavefront
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물리학에서 시간변동장의 파동전선은 파동이 사인파의 동일한 위상을 갖는 모든 포인트의 세트(로쿠스)이다.[1] 이 용어는 일반적으로 각 지점에서 단일 측두 주파수로 시간에 따라 정현상적으로 변화하는 분야에 대해서만 의미가 있다(그렇지 않으면 위상이 잘 정의되지 않는다).

웨이브프론트는 보통 시간에 따라 움직인다. 단차원 매질에서 전파되는 파장의 경우, 파도는 보통 단일 점이며, 2차원 매질에서는 곡선이, 3차원 매질에서는 표면이 된다.

평면파의 파도는 평면이다.
웨이브프론트는 렌즈를 거쳐 모양이 바뀐다.

사인파 평면 파형의 경우, 파형은 파동과 함께 그 방향으로 이동하는 전파 방향에 수직인 평면이다. 사인파 구형파의 경우, 파동프론트는 그것과 함께 확장되는 구형 표면이다. 파형의 다른 지점에서 전파 속도가 다른 경우, 파형의 모양 및/또는 방향이 굴절에 의해 변할 수 있다. 특히 렌즈는 광학파프론트의 형태를 평면형에서 구형형으로 바꾸거나 그 반대로 바꿀 수 있다.

고전물리학에서 회절현상은 전파전선의 각 점을 개별 구면파파의 집합체로 취급하는 Huygens-Fresnel 원리에 의해 설명된다.[2] 특징적인 휨 패턴은 삽입된 영상에서 보듯이 일관된 소스(레이저와 같은)에서 나온 파동이 파장과 크기가 비교 가능한 슬릿/어퍼쳐와 마주쳤을 때 가장 뚜렷하게 나타난다. 이는 등록 표면까지 길이가 다른 경로로 이동하는 파동 앞면(또는 동등하게 각 파동)에 서로 다른 점을 추가 또는 간섭하기 때문이다. 가깝게 간격을 두고 여러 개의 개구부(예: 회절 격자)가 있는 경우 다양한 강도의 복잡한 패턴이 발생할 수 있다.

간단한 파동 및 전파

광학계통은 맥스웰 방정식으로 설명할 수 있으며, 음이나 전자빔과 같은 선형 전파파는 유사한 파동 방정식을 가지고 있다. 그러나 위와 같은 단순화를 고려할 때, Huygens의 원리는 예를 들어 자유 공간을 통해 파도의 전파를 예측하는 빠른 방법을 제공한다. 시공은 다음과 같다. 파도 전선의 모든 점을 새로운 포인트 소스로 간주한다. 모든 포인트 소스에서 총 효과를 계산함으로써 새로운 포인트의 결과 필드를 계산할 수 있다. 계산 알고리즘은 종종 이 접근법에 기초한다. 간단한 파동환자에 대한 구체적인 사례는 직접 계산할 수 있다. 예를 들어, 구형의 파동전선은 파동의 에너지가 사방으로 균등하게 운반되어 구형으로 남게 된다. 그러한 에너지 흐름의 방향은 항상 파도에 수직인 것을 광선이라고 하며 여러 파동을 일으킨다.[3]

파도의 가장 간단한 형태는 광선이 서로 평행한 평면파다. 이러한 유형의 파장에서 나오는 빛을 시준광이라고 한다. 예를 들어, 태양빛은 약 1억 5천만 킬로미터(1AU)의 반지름을 가진 구형 파선으로 지구를 때리는 매우 큰 구형 파선의 표면 단면을 위한 좋은 모델이다. 많은 목적에서, 그러한 파도는 지구 지름의 거리에 걸친 평면적인 것으로 간주될 수 있다.

웨이브프론트는 등방성 매체의 모든 방향에서 빛의 속도로 이동한다.

파동전면 이상

주요 기사: 광학적 이상

파동전면 측정이나 예측을 활용하는 방법은 렌즈 두께나 불완전성으로 인해 단일 초점 거리가 존재하지 않을 수 있는 렌즈 광학에 대한 고급 접근법으로 간주할 수 있다. 제조상의 이유로, 완벽한 렌즈는 이론적으로 이상적인 표면은 비구형일 것이다. 광학 시스템에서의 이것과 같은 단점은 광학 이상이라고 불리는 것을 야기한다. 가장 잘 알려진 이상으로는 구면 이상과 혼수상태가 있다.[4]

그러나 대기의 굴절률의 공간적 변화로 인해 대형 망원경에서와 같이 더 복잡한 이상 발생원이 있을 수 있다. 원하는 완벽한 평면 파동 전선에서 광학 시스템 내의 파동 전선이 편차를 파동 전선 이상이라고 한다. 파동전면 이상은 일반적으로 샘플링된 영상 또는 2차원 다항식 용어 모음으로 설명된다. 이러한 이상을 최소화하는 것은 광학 시스템의 많은 애플리케이션에 바람직한 것으로 간주된다.

파동전면 센서 및 재구성 기술

파동전면 센서는 광학 시스템에서 광학 품질 또는 그 부족을 설명하기 위해 일관성 있는 신호로 파동전면 일탈을 측정하는 장치다. 매우 일반적인 방법은 Shack-Hartmann 렌즈 배열을 사용하는 것이다. 적응형 광학, 광학 계량학, 그리고 심지어 눈 자체의 이상 측정까지 포함하는 많은 응용 프로그램들이 있다. 이 접근법에서는 약한 레이저 선원이 눈으로 유도되고 망막에서 반사된 부분을 샘플링하여 처리한다.

섀크-하트만 시스템에 대한 대체 파동전면 감지 기법이 등장하고 있다. 위상 이미징이나 곡률 감지 같은 수학적 기법도 파동전면 추정치를 제공할 수 있다. 이러한 알고리즘은 전문화된 파동전면 광학 없이도 다른 초점 평면에서 기존의 밝은 영역 이미지의 파동전면 이미지를 계산한다. Chak-Hartmann 렌즈 어레이는 렌즈렛 어레이의 크기로 측면 분해능이 제한되지만, 이와 같은 기법은 파동측 측정을 계산하는 데 사용되는 디지털 이미지의 분해능에 의해서만 제한된다. 즉, 그러한 파동전면 센서는 선형성 문제를 겪고 있으므로 위상 측정의 측면에서 원래의 SHWFS보다 훨씬 덜 견고하다.

이 단계의 소프트웨어 재구성의 또 다른 적용은 적응광학 사용을 통한 망원경 제어다. 일반적인 방법은 Roddier 시험으로, 파동전면 곡률 감지라고도 한다. 수정은 잘 되지만 출발점으로 이미 좋은 시스템이 필요하다. 실제로 위에서 설명한 선형성 문제 때문이다. 그렇기 때문에 사람들은 차세대 적응형 광학 시스템에서 서로 다른 유형의 WFS를 결합하고 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ 물리학의 기본 원리, P. M. Welan, M. J. Hodgeson, 2판, 1978년, John Murray, ISBN0-7195-3382-1
  2. ^ 무선 통신: 원칙과 관행, 프렌티스 홀 통신 엔지니어링 및 신흥 기술 시리즈, T. S. 래퍼포트, 프렌티스 홀, 2002 페이지 126
  3. ^ 대학 물리학 – 현대 물리학(12판), H. D. 영, R. A. 프리드먼(오리지널 에디션), 애디슨-웨슬리(피슨 인터내셔널), 1판: 1949, 12판: 2008, ISBN 0-321-50130-6, ISBN 978-0-321-501-130-1
  4. ^ 물리학 백과사전(2판), R.G. 레너, G.L.트리그, VHC 출판사, 1991, ISBN(Verlagsellsellschaft) 3-527-26954-1, ISBN(VHC Inc.) 0-89573-752-3

추가 읽기

교과서와 책

저널스

외부 링크