वेवफ्रंट
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भौतिकी में, एक समय-भिन्न तरंग क्षेत्र (भौतिकी) का लहर फ्रंट सभी बिंदुओं (ज्यामिति) का सेट (लोकस (गणित)) होता है, जिसमें समान चरण (तरंगें) होता है।[1] यह शब्द सामान्यतः केवल उन क्षेत्रों के लिए अर्थपूर्ण है, जो प्रत्येक बिंदु पर, एक अस्थायी आवृत्ति के साथ समय में साइनसॉइड रूप से भिन्न होते हैं (अन्यथा चरण अच्छी तरह से परिभाषित नहीं होता है)।
वेवफ्रंट सामान्यतः समय के साथ चलते हैं। एक आयाम (गणित) माध्यम में फैलने वाली तरंगों के लिए, वेवफ्रंट सामान्यतः एकल बिंदु होते हैं; वे एक दो आयामी माध्यम में वक्र हैं, और एक त्रि-आयामी एक में सतह (गणित)।
साइनसोइडल प्लेन वेव के लिए, वेवफ्रंट्स प्रसार की दिशा के लंबवत विमान होते हैं, जो उस दिशा में लहर के साथ चलते हैं। साइनसोइडल गोलाकार तरंग के लिए, वेवफ्रंट गोलाकार सतहें होती हैं जो इसके साथ फैलती हैं। यदि तरंगाग्र के विभिन्न बिंदुओं पर प्रसार की गति भिन्न होती है, तो तरंगाग्र का आकार और/या अभिविन्यास अपवर्तन द्वारा बदल सकता है। विशेष रूप से, लेंस (प्रकाशिकी) ऑप्टिकल वेवफ्रंट्स के आकार को प्लानर से गोलाकार या इसके विपरीत बदल सकते हैं।
मौलिक भौतिकी में, विवर्तन घटना को ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत द्वारा वर्णित किया गया है जो प्रत्येक बिंदु को व्यक्तिगत गोलाकार तरंगों के संग्रह के रूप में प्रसार तरंग में व्यवहार करता है।[2] विशेषता झुकाव पैटर्न सबसे अधिक स्पष्ट होता है जब एक सुसंगतता (भौतिकी) स्रोत (जैसे लेजर) से एक लहर एक स्लिट/एपर्चर का सामना करती है जो आकार में इसकी तरंग दैर्ध्य के तुलनीय होती है, जैसा कि सम्मिलित छवि में दिखाया गया है। यह वेवफ्रंट (या, समतुल्य, प्रत्येक वेवलेट) पर विभिन्न बिंदुओं के जोड़, या हस्तक्षेप (तरंग प्रसार) के कारण होता है, जो अलग-अलग लंबाई के पथ से पंजीकरण सतह तक यात्रा करते हैं। यदि कई हैं, तो विवर्तन झंझरी (जैसे, एक विवर्तन झंझरी), अलग-अलग तीव्रता का एक जटिल पैटर्न हो सकता है।
सरल वेवफ्रंट और प्रसार
मैक्सवेल के समीकरणों के साथ ऑप्टिकल सिस्टम का वर्णन किया जा सकता है, और ध्वनि या इलेक्ट्रॉन बीम जैसे रैखिक प्रसार तरंगों में समान तरंग समीकरण होते हैं। चूँकि , उपरोक्त सरलीकरणों को देखते हुए, ह्यूजेंस का सिद्धांत एक तरंगफ्रंट के प्रसार की भविष्यवाणी करने के लिए एक त्वरित विधि ा प्रदान करता है, उदाहरण के लिए, मुक्त स्थान। रचना इस प्रकार है: तरंगाग्र पर प्रत्येक बिंदु को एक नया बिंदु स्रोत माना जाए। प्रत्येक बिंदु स्रोत से कुल प्रभाव की गणना करके, नए बिंदुओं पर परिणामी क्षेत्र की गणना की जा सकती है। कम्प्यूटेशनल एल्गोरिदम अधिकांशतः इस दृष्टिकोण पर आधारित होते हैं। साधारण वेवफ्रंट के लिए विशिष्ट स्थितियों की सीधे गणना की जा सकती है। उदाहरण के लिए, एक गोलाकार तरंगाग्र गोलाकार ही रहेगा क्योंकि तरंग की ऊर्जा सभी दिशाओं में समान रूप से प्रवाहित होती है। ऊर्जा प्रवाह की ऐसी दिशाएँ, जो हमेशा तरंगाग्र के लंबवत होती हैं, किरण (प्रकाशिकी)ऑप्टिक्स) कहलाती हैं जो बहुल तरंगाग्र बनाती हैं।[3]
वेवफ्रंट का सबसे सरल रूप प्लेन वेव है, जहां किरणें एक दूसरे के समानांतर (ज्यामिति) होती हैं। इस प्रकार की तरंग से निकलने वाले प्रकाश को संपार्श्विक प्रकाश कहा जाता है। प्लेन वेवफ्रंट एक बहुत बड़े गोलाकार वेवफ्रंट के सतह-खंड के लिए एक अच्छा मॉडल है; उदाहरण के लिए, सूर्य का प्रकाश पृथ्वी पर एक गोलाकार वेवफ्रंट से टकराता है जिसकी त्रिज्या लगभग 150 मिलियन किलोमीटर (1 खगोलीय इकाई) है। कई उद्देश्यों के लिए, इस तरह के तरंगाग्र को पृथ्वी के व्यास की दूरियों पर समतल माना जा सकता है।
तरंगाग्र समदैशिक माध्यम में सभी दिशाओं में प्रकाश की गति से गति करते हैं।
वेवफ्रंट विपथन
वेवफ्रंट माप या भविष्यवाणियों का उपयोग करने वाली विधियों को लेंस ऑप्टिक्स के लिए एक उन्नत दृष्टिकोण माना जा सकता है, जहां लेंस की मोटाई या खामियों के कारण एकल फोकल दूरी उपस्थित नहीं हो सकती है। विनिर्माण कारणों से, एक आदर्श लेंस में एक गोलाकार (या टॉरॉयडल) सतह का आकार होता है, चूंकि , सैद्धांतिक रूप से, आदर्श सतह एस्फेरिक लेंस होगी। ऑप्टिकल प्रणाली में इस तरह की कमियां ऑप्टिकल सिस्टम में विपथन कहलाती हैं। सबसे प्रसिद्ध विपथन में गोलाकार विपथन और कोमा (प्रकाशिकी) सम्मलित हैं।[4] चूंकि , विपथन के अधिक जटिल स्रोत हो सकते हैं जैसे कि एक बड़े टेलीस्कोप में वातावरण के अपवर्तन के सूचकांक में स्थानिक भिन्नता के कारण। किसी प्रकाशीय प्रणाली में एक वांछित पूर्ण तलीय तरंगाग्र से तरंगाग्र का विचलन तरंगाग्र विपथन कहलाता है। वेवफ्रंट विपथन को सामान्यतः या तो एक नमूना छवि या द्वि-आयामी बहुपद शब्दों के संग्रह के रूप में वर्णित किया जाता है। ऑप्टिकल सिस्टम में कई अनुप्रयोगों के लिए इन विपथनों को कम करना वांछनीय माना जाता है।
वेवफ्रंट सेंसर और पुनर्निर्माण तकनीकें
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एक वेवफ्रंट सेंसर एक उपकरण है जो ऑप्टिकल सिस्टम में ऑप्टिकल गुणवत्ता या इसकी कमी का वर्णन करने के लिए सुसंगत सिग्नल में वेवफ्रंट विपथन को मापता है। शैक-हार्टमैन लेंसलेट सरणी का उपयोग करना एक बहुत ही सामान्य विधि ा है। ऐसे कई अनुप्रयोग हैं जिनमें अनुकूली प्रकाशिकी, ऑप्टिकल मैट्रोलोजी और यहां तक कि मानव आंखों में आंख के विपथन का माप भी सम्मलित है। इस दृष्टिकोण में, एक कमजोर लेजर स्रोत को आंख में निर्देशित किया जाता है और रेटिना से प्रतिबिंब को नमूना और संसाधित किया जाता है।
शैक-हार्टमैन प्रणाली के लिए वैकल्पिक वेवफ्रंट सेंसिंग तकनीकें उभर रही हैं। चरण इमेजिंग या वक्रता संवेदन जैसी गणितीय तकनीकें भी वेवफ्रंट अनुमान प्रदान करने में सक्षम हैं। ये एल्गोरिदम विशिष्ट वेवफ्रंट ऑप्टिक्स की आवश्यकता के बिना विभिन्न फोकल विमानों पर पारंपरिक ब्राइटफील्ड छवियों से वेवफ्रंट छवियों की गणना करते हैं। जबकि शेक-हार्टमैन लेंसलेट सरणियाँ लेंसलेट सरणी के आकार के पार्श्व रिज़ॉल्यूशन में सीमित हैं, इस तरह की तकनीकें केवल वेवफ्रंट मापों की गणना करने के लिए उपयोग की जाने वाली डिजिटल छवियों के रिज़ॉल्यूशन द्वारा सीमित हैं। उस ने कहा, वे वेवफ्रंट सेंसर रैखिकता के विषय ों से पीड़ित हैं और इसलिए चरण माप की अवधि में मूल SHWFS की तुलना में बहुत कम मजबूत हैं।
चरण के सॉफ्टवेयर पुनर्निर्माण का एक अन्य अनुप्रयोग अनुकूली प्रकाशिकी के उपयोग के माध्यम से दूरबीनों का नियंत्रण है। एक सामान्य विधि ा रोडियर टेस्ट है, जिसे वेवफ्रंट कर्वेचर सेंसिंग भी कहा जाता है। यह अच्छा सुधार उत्पन्न करता है लेकिन प्रारंभिक बिंदु के रूप में पहले से ही अच्छी प्रणाली की जरूरत है।
यह भी देखें
- ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत
- वेवफ्रंट सेंसर
- अनुकूली प्रकाशिकी
- विकृत दर्पण
- तरंग क्षेत्र संश्लेषण
संदर्भ
- ↑ Essential Principles of Physics, P. M. Whelan, M. J. Hodgeson, 2nd Edition, 1978, John Murray, ISBN 0-7195-3382-1
- ↑ Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall communications engineering and emerging technologies series, T. S. Rappaport, Prentice Hall, 2002 pg 126
- ↑ University Physics – With Modern Physics (12th Edition), H. D. Young, R. A. Freedman (Original edition), Addison-Wesley (Pearson International), 1st Edition: 1949, 12th Edition: 2008, ISBN 0-321-50130-6, ISBN 978-0-321-50130-1
- ↑ Encyclopaedia of Physics (2nd Edition), R.G. Lerner, G.L. Trigg, VHC publishers, 1991, ISBN (Verlagsgesellschaft) 3-527-26954-1, ISBN (VHC Inc.) 0-89573-752-3
अग्रिम पठन
पाठ्यपुस्तकें और किताबें
- कॉन्सेप्ट ऑफ़ मॉडर्न फ़िज़िक्स (चौथा संस्करण), ए. बीज़र, फ़िज़िक्स, मैकग्रा-हिल (इंटरनेशनल), 1987, ISBN 0-07-100144-1
- आधुनिक अनुप्रयोगों के साथ भौतिकी, एलएच ग्रीनबर्ग, होल्ट-सॉन्डर्स इंटरनेशनल डब्ल्यूबी सॉन्डर्स एंड कंपनी, 1978, ISBN 0-7216-4247-0
- भौतिकी के सिद्धांत, जे. बी. मैरियन, डब्ल्यू. एफ. हॉर्न्याक, होल्ट-सॉन्डर्स इंटरनेशनल सॉन्डर्स कॉलेज, 1984, ISBN 4-8337-0195-2
- इलेक्ट्रोडायनामिक्स का परिचय (तीसरा संस्करण), डीजे ग्रिफिथ्स, पियर्सन एजुकेशन, डोरलिंग किंडरस्ले, 2007, ISBN 81-7758-293-3
- लाइट एंड मैटर: इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म, ऑप्टिक्स, स्पेक्ट्रोस्कोपी एंड लेजर्स, वाई.बी. बैंड, जॉन विले एंड संस, 2010, ISBN 978-0-471-89931-0
- दी लाइट फैंटास्टिक - इंट्रोडक्शन टू क्लासिक एंड क्वांटम ऑप्टिक्स, आई. आर. केन्योन, ऑक्सफोर्ड यूनिवर्सिटी प्रेस, 2008, ISBN 978-0-19-856646-5
- मैकग्रा हिल एनसाइक्लोपीडिया ऑफ फिजिक्स (दूसरा संस्करण), सी. बी. पार्कर, 1994, ISBN 0-07-051400-3
- Arnold, V. I. (1990). कास्टिक और वेव मोर्चों की विलक्षणता. Mathematics and Its Applications. Vol. 62. Dordrecht: Springer Netherlands. doi:10.1007/978-94-011-3330-2. ISBN 978-1-4020-0333-2. OCLC 22509804.
पत्रिकाओं
- Arnol'd, V. I. (1983). "Особенности систем лучей" [Singularities in ray systems] (PDF). Успехи математических наук (in Russian). 38 (2(230)): 77–147. doi:10.1070/RM1983v038n02ABEH003471. S2CID 250754811 – via Russian Mathematical Surveys, 38:2 (1983), 87–176.
{{cite journal}}: CS1 maint: unrecognized language (link) - François Roddier, Claude Roddier (April 1991). "Wavefront reconstruction using iterative Fourier transforms". Applied Optics. 30 (11): 1325–1327. Bibcode:1991ApOpt..30.1325R. 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. Bibcode:1993JOSAA..10.2277R. doi:10.1364/JOSAA.10.002277.
- Shcherbak, O. P. (1988). "Волновые фронты и группы отражений" [Wavefronts and reflection groups] (PDF). Успехи математических наук (in Russian). 43 (3(261)): 125–160. doi:10.1070/RM1988v043n03ABEH001741. S2CID 250792552 – via Russian Mathematical Surveys, 43:3 (1988), 149–194.
{{cite journal}}: CS1 maint: unrecognized language (link) - Wavefront tip/tilt estimation from defocused images
बाहरी संबंध
- LightPipes – Free Unix wavefront propagation software
