Bangos frontas

Šiam straipsniui ar jo daliai trūksta išnašų į patikimus šaltinius. Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami tinkamas išnašas su šaltiniais.

Bangos frontas – tolydi kreivė (paviršiumi sklindančiai bangai) arba tolydus paviršius (erdvėje sklindančiai bangai), jungianti/jungiantis sklindančios bangos tos pačios fazės taškus. Infraraudonųjų, optinių, ultravioletinių, Rentgeno ir gama spindulių dažniai yra pakankamai dideli, dėl šios priežasties yra įmanoma supaprastintai nagrinėti tik erdvinių svyravimų fazę. Didžioji dalis optinių sistemų ir detektorių yra abejingi bangos poliarizacijai, todėl ši bangų savybė dažnai ignoruojama. Ties radio dažniais, poliarizacija tampa svarbesnė. Signalų detektoriai šiame dažnių ruože taip pat dažniausiai yra jautrūs fazei. Didžioji dalis garso jutiklių taip pat jautrūs bangos fazei.

Bangos frontas yra statmenas bangos sklidimo krypčiai ir dažniausiai matomos formos yra:

• parabolinis,
• apskritiminis (sferinis),
• plokščias.

Pavyzdžiui, įmestas į tvenkinį akmenukas sukelia vandens paviršiuje bangas, kurių bangos frontas yra apskritiminis. Bangos frontas šiuo atveju yra iškylos linija, tačiau jis gali būti ir įdubos arba kuri nors kita linija, atitinkanti tarpinę bangos fazės vertę. Bangos fronto sąvoka yra susieta su fazinio greičio sąvoka - tai yra greitis, kuriuo bangos frontas juda erdvėje.

Optinės sistemos yra aprašomos Maksvelo lygtimis, o tiesinis kitų bangų, tokių kaip garso arba elektronų bangos, sklidimas taip pat paklūsta panašioms bangų lygtims. Tačiau, pritaikius aukščiau paminėtus supaprastinimus, Hiuigenso principas suteikia greitą būdą aprašyti bangos fronto sklidimą per terpę. Šiuo principu besiremiantis bangos elgesio nuspėjimo algoritmas yra toks. Kiekvieną bangos fronto tašką nagrinėja kaip taškinį šaltinį. Skaičiuodami bendrą visų taškinių šaltinių efektą yra gaunama banga naujose erdvės taškuose. Paprasčiausi skaitmeniniai algoritmai yra pagrįsti šiuo algoritmu. Specifiniai aukščiau minėtų formų atvejai gali būti suskaičiuoti ir analitiškai. Pavyzdžiui, sferinis bangos frontas, sklisdamas laisva erdve, visuomet liks sferinis, kadangi bangos energija yra nunešama tolyn nuo šaltinio visomis kryptimis vienodais greičiais ir vienodais kiekiais. Tokios energijos pernašos kryptis, kurios visada yra statmenos bangos frontui, yra vadinamos spinduliais.

Iš aukščiau minėtų formų, paprasčiausia yra plokščia banga, kur spinduliai yra lygiagretūs vieni kitam. Tokio tipo šviesos banga yra vadinama kolimuota. Plokščias bangos frontas yra geras sferinio bangos fronto artinys, kuomet esame toli nuo sferinės bangos šaltinio. Pavyzdžiui, Saulės šviesa pasiekia mūsų planetą kaip sferinis bangos frontas, kurio spindulys yra apie vieną astronominį vienetą (AU). Didžiajai daliai taikymų toks bangos frontas gali būti laikomas plokščiu.

Bangos fronto matavimo arba modeliavimo metodai yra naudingi optinių sistemų nagrinėjimui - lęšiams, veidrodžiams ir kt., kur realus objektas savo savybėmis gali skirtis nuo teorinio. Tarkime, lęšio židinys teoriškai yra nagrinėjamas kaip taškinis, tačiau praktiškai jis yra baigtinių matmenų vieta dėl lęšio storumo arba kitų netobulumų. Taip pat nereikia pamiršti dėl gamybos netobulumų atsirandančių lęšio formos iškraipymų. Idealus lęšis turi sferinį paviršių ir paverčia plokščią bangą į sferinę, sueinančią į židinio tašką. Realaus lęšio paviršius yra asferinis. Tokie sistemą sudarančių dalių netobulumai sąlygoja bangos fronto formos iškraipymų atsiradimą, dar žinomų aberacijų vardu. Geriausiai žinomos aberacijos yra sferinė aberacija ir koma.

Taip pat yra įmanomi ir sudėtingesni, nei paminėti, aberacijų šaltiniai. Pavyzdžiui, stambiame teleskope dėl erdvinių pokyčių atmosferos lūžio rodiklyje yra stebimos sudėtingos aberacijos. Šie nuokrypiai bangos fronto formoje nuo pageidaujamos plokščios yra vadinami bangos fronto aberacijomis.

• Hiuigenso ir Frenelio principas
• Plokščia banga
• Fazinis greitis
• Lęšis