hullámfronton

A hullámfronton olyan felület értendő, amelyen egy adott hullám fázisa állandó, vagyis minden pontján ugyanaz a hullámszint. A hullámfrontok tehát a hullámterjedés geometriai vázát adják: a felületek normálisa a helyi terjedési irányt adja meg, és a felületekhez merőleges irányban halad a hullám energiája. Különböző források és közegképek esetén a hullámfront alakja eltérő lehet.

Két jellegzetes példa a síkhullámfront és a gömbhullámfront. Síkhullámfront síkfelületet alkot, amelyben a fázis minden ponton ugyanaz; ezt gyakran használják hőmérséklet- vagy fényforrásokkal kapcsolatos ideális feltevésekhez. Gömbhullámfront egy pontból kiinduló hullámnál jelenik meg: a fázisot csak a távolság és a forráspozíció határozza meg, így fokozatosan görbül.

A hullámfront és a sugarak kapcsolata szoros: a sugarak merőlegesek a hullámfrontokra, ezért a frontok görbülete a terjedés irányát és összetett terjedési körülményeket, például refrakciót vagy diffrakciót jelzi. Geometriai optikában a hullámfront alakját gyakran a gyorsuló vagy lassuló közegben történő út hosszával kapcsolatos elvek alapján becsülik meg.

Matematikailag a hullámfrontot fázisszintfelületekként szokás írni: egy Phi(r) fázisfüggvény esetén a hullámfront Φ(r) = konstant. Monochromatikus hullámoknál a fázis grádiense ∇Φ adja a helyi hullámvektort és a terjedés irányát. A hullámfront leírása alapvető eszköz a geometriai optikában és különféle mérési technikákban. Alkalmazások közé tartozik a távcsövek és mikroszkópok tervezése, adaptív optika és hullámfront-szabályozás, valamint hullámfront-érzékelők használata a torzulások mérésére.