ในทางฟิสิกส์หน้าคลื่น ของ สนามคลื่นที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาคือเซต ( ตำแหน่ง ) ของจุด ทั้งหมดที่มี เฟสเดียวกัน^{[ 1 ]}โดยทั่วไปแล้วคำนี้จะมีความหมายเฉพาะสำหรับสนามที่แต่ละจุดเปลี่ยนแปลงแบบไซน์ตามเวลาด้วยความถี่เชิงเวลาเดียว (มิฉะนั้นเฟสจะไม่ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน )

โดยทั่วไปแล้วหน้าคลื่นจะเคลื่อนที่ไปตามเวลา สำหรับคลื่นที่แพร่กระจายใน ตัวกลาง แบบหนึ่งมิติหน้าคลื่นมักจะเป็นจุดเดียว ในตัวกลางแบบสองมิติ หน้าคลื่นจะเป็นเส้นโค้งและในตัวกลางแบบสามมิติ หน้าคลื่นจะเป็นพื้นผิว

สำหรับคลื่นระนาบไซน์หน้าคลื่นจะเป็นระนาบที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย และเคลื่อนที่ไปในทิศทางนั้นพร้อมกับคลื่น ส่วนสำหรับคลื่นทรงกลมไซน์หน้าคลื่นจะเป็นพื้นผิวทรงกลมที่ขยายตัวไปพร้อมกับคลื่น หากความเร็วในการแพร่กระจายแตกต่างกัน ณ จุดต่างๆ บนหน้าคลื่น รูปร่างและ/หรือทิศทางของหน้าคลื่นอาจเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากการหักเหโดยเฉพาะอย่างยิ่งเลนส์สามารถเปลี่ยนรูปร่างของหน้าคลื่นแสงจากระนาบเป็นทรงกลม หรือในทางกลับกันได้

ในฟิสิกส์คลาสสิกปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนอธิบายโดยหลักการของ Huygens–Fresnelโดยถือว่าแต่ละจุดในหน้าคลื่นที่แพร่กระจายเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นทรงกลมทุติยภูมิ^{[ 2 ]}รูปแบบการโค้งงอของคลื่นที่มีลักษณะเฉพาะจะเด่นชัดที่สุดเมื่อคลื่นจาก แหล่งกำเนิด ที่สอดคล้องกัน (เช่น เลเซอร์) พบกับช่อง/รูที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่นเนื่องจากการรวมกันหรือการแทรกสอดของคลื่นทุติยภูมิที่แผ่ออกมาจากแต่ละจุดบนหน้าคลื่นบนองค์ประกอบที่ปิดกั้นการแพร่กระจายของคลื่น เช่น ช่อง/รู หากมีช่องเปิดหลายช่องที่อยู่ใกล้กัน (เช่นตะแกรงเลี้ยวเบน ) อาจทำให้เกิดรูปแบบที่ซับซ้อนที่มีความเข้มแตกต่างกันได้

ระบบแสงสามารถอธิบายได้ด้วยสมการของแม็กซ์เวลล์และคลื่นที่แพร่กระจายเชิงเส้น เช่น เสียงหรือลำแสงอิเล็กตรอนมีสมการคลื่นที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาการลดรูปข้างต้นหลักการของฮุยเกนส์ให้วิธีการที่รวดเร็วในการทำนายการแพร่กระจายของหน้าคลื่นผ่าน เช่นพื้นที่ว่างการสร้างมีดังนี้: ให้แต่ละจุดบนหน้าคลื่นถือเป็นแหล่งกำเนิดจุด ใหม่ โดยการคำนวณผลรวมจากแหล่งกำเนิดจุดแต่ละจุด สนามที่เกิดขึ้นที่จุดใหม่สามารถคำนวณได้ อัลกอริทึมการคำนวณมักใช้แนวทางนี้ กรณีเฉพาะสำหรับหน้าคลื่นแบบง่ายสามารถคำนวณได้โดยตรง ตัวอย่างเช่น หน้าคลื่นทรงกลมจะยังคงเป็นทรงกลมเนื่องจากพลังงานของคลื่นถูกส่งออกไปอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง ทิศทางการไหลของพลังงานดังกล่าว ซึ่งตั้งฉากกับหน้าคลื่นเสมอ เรียกว่ารังสีที่สร้างหน้าคลื่นหลายหน้า^{[ 3 ]}

รูปแบบที่ง่ายที่สุดของหน้าคลื่นคือคลื่นระนาบซึ่งรังสีจะขนานกัน แสงจากคลื่นประเภทนี้เรียกว่า แสงขนาน หน้าคลื่น ระนาบเป็นแบบจำลองที่ดีสำหรับหน้าตัดพื้นผิวของหน้าคลื่นทรงกลมขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างเช่น แสงอาทิตย์ตกกระทบโลกด้วยหน้าคลื่นทรงกลมที่มีรัศมีประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร (1 หน่วยดาราศาสตร์ ) สำหรับหลายๆ กรณี หน้าคลื่นดังกล่าวสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นระนาบในระยะทางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับโลก

ในตัวกลางไอโซโทรปิก คลื่นจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันในทุกทิศทาง

วิธีการที่ใช้การวัดหรือการคาดการณ์หน้าคลื่นสามารถถือได้ว่าเป็นแนวทางขั้นสูงสำหรับเลนส์ออปติก ซึ่งระยะโฟกัสเดียวอาจไม่มีอยู่จริงเนื่องจากความหนาของเลนส์หรือความไม่สมบูรณ์ ด้วยเหตุผลในการผลิต เลนส์ที่สมบูรณ์แบบจะมีรูปร่างพื้นผิวทรงกลม (หรือทรงวงแหวน) แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้ว พื้นผิวในอุดมคติจะเป็นแบบแอสเฟอริก ก็ตาม ข้อบกพร่องเช่นนี้ในระบบออปติกทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าความคลาดเคลื่อนทางแสงความคลาดเคลื่อนที่รู้จักกันดีที่สุด ได้แก่ความคลาดเคลื่อนทรงกลมและความคลาดเคลื่อนโคมา^{[ 4 ]}

อย่างไรก็ตาม อาจมีแหล่งที่มาของความคลาดเคลื่อนที่ซับซ้อนกว่า เช่น ในกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่เนื่องจากความแปรผันเชิงพื้นที่ของดัชนีหักเหของบรรยากาศ ความเบี่ยงเบนของหน้าคลื่นในระบบแสงจากหน้าคลื่นระนาบที่สมบูรณ์แบบตามที่ต้องการเรียกว่าความคลาดเคลื่อนของหน้าคลื่นความคลาดเคลื่อนของหน้าคลื่นมักถูกอธิบายในรูปของภาพที่สุ่มตัวอย่างหรือชุดของพจน์พหุนามสองมิติ การลดความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ถือเป็นสิ่งพึงปรารถนาสำหรับการใช้งานหลายอย่างในระบบแสง

เซ็นเซอร์หน้าคลื่นเป็นอุปกรณ์ที่วัดความคลาดเคลื่อนของหน้าคลื่นในสัญญาณที่สอดคล้องกันเพื่ออธิบายคุณภาพทางแสงหรือการขาดคุณภาพในระบบแสง^{[ 5 ]}มีการใช้งานมากมายที่รวมถึงระบบปรับแสงอัตโนมัติการวัดทางแสง หรือการวัดความคลาดเคลื่อนในดวงตาในแนวทางนี้ แหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่อ่อนจะถูกส่งเข้าไปในดวงตา และการสะท้อนจากเรตินาจะถูกสุ่มตัวอย่างและประมวลผล การประยุกต์ใช้ซอฟต์แวร์ในการสร้างเฟสขึ้นใหม่อีกอย่างหนึ่งคือการควบคุมกล้องโทรทรรศน์โดยใช้ระบบปรับแสงอัตโนมัติ

เทคนิคทางคณิตศาสตร์ เช่น การสร้างภาพเฟสหรือการตรวจจับความโค้ง ก็สามารถให้การประมาณค่าหน้าคลื่นได้เช่นกัน^{[ 6 ] [ 7 ]}อัลกอริทึมเหล่านี้คำนวณภาพหน้าคลื่นจากภาพสนามสว่างแบบดั้งเดิมที่ระนาบโฟกัสต่างๆ โดยไม่จำเป็นต้องใช้เลนส์หน้าคลื่นแบบพิเศษ^{[ 6 ]}ในขณะที่อาร์เรย์เลนส์ Shack-Hartmann มีข้อจำกัดด้านความละเอียดด้านข้างตามขนาดของอาร์เรย์เลนส์ เทคนิคเช่นนี้มีข้อจำกัดเพียงแค่ความละเอียดของภาพดิจิทัลที่ใช้ในการคำนวณการวัดหน้าคลื่นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์หน้าคลื่นเหล่านั้นประสบปัญหาเรื่องความเป็นเส้นตรง ดังนั้นจึงมีความทนทานน้อยกว่า SHWFS ดั้งเดิมมากในแง่ของการวัดเฟส

เซ็นเซอร์ตรวจจับหน้าคลื่นมีหลายประเภท ได้แก่:

• เซ็นเซอร์คลื่นแสง Shack–Hartmann : วิธีทั่วไปที่ใช้อาร์เรย์เลนส์Shack–Hartmann ^{[ 8 ] [ 9 ]}
• เซ็นเซอร์วัดความโค้งของหน้าคลื่น : หรือเรียกอีกอย่างว่า การทดสอบร็อดเดียร์ ให้ผลการแก้ไขที่ดี แต่จำเป็นต้องมีระบบที่ดีอยู่แล้วเป็นจุดเริ่มต้น
• เซ็นเซอร์ตรวจจับคลื่นแสงรูปทรงพีระมิด
• อินเตอร์เฟอโรเมตรแบบเส้นทางร่วม
• การทดสอบคมมีดของฟูโก
• อินเตอร์เฟอโรเมตรแบบเฉือนหลายด้าน
• เครื่องทดสอบ Ronchi
• อินเตอร์เฟอโรเมตรแบบเฉือน

แม้ว่าอินเตอร์เฟอโรเมตร แบบแยกแอมพลิจูด เช่นอินเตอร์เฟอโรเมตรของมิเชลสัน จะถูกเรียกว่าเซนเซอร์ตรวจจับหน้าคลื่นได้ แต่โดยปกติแล้วคำนี้จะใช้กับเครื่องมือที่ไม่ต้องการลำแสงอ้างอิงที่ปราศจากความคลาดเคลื่อนเพื่อทำการแทรกสอด

• หลักการของฮุยเกนส์-เฟรสเนล
• เซ็นเซอร์เวฟฟรอนท์
• ระบบเลนส์ปรับได้
• กระจกที่ปรับเปลี่ยนรูปทรงได้
• การสังเคราะห์สนามคลื่น
• สมการแฮมิลตัน-จาโคบี

• แนวคิดของฟิสิกส์สมัยใหม่ (ฉบับที่ 4) โดย A. Beiser, สำนักพิมพ์ McGraw-Hill (International), 1987, ISBN 0-07-100144-1
• ฟิสิกส์กับการประยุกต์ใช้สมัยใหม่ , LH Greenberg, Holt-Saunders International WB Saunders and Co, 1978, ISBN 0-7216-4247-0
• หลักการทางฟิสิกส์ , JB Marion, WF Hornyak, Holt-Saunders International Saunders College, 1984, ISBN 4-8337-0195-2
• หนังสือ Introduction to Electrodynamics (ฉบับที่ 3) โดย DJ Griffiths สำนักพิมพ์ Pearson Education และ Dorling Kindersley ปี 2007 ISBN 81-7758-293-3
• แสงและสสาร: แม่เหล็กไฟฟ้า ทัศนศาสตร์ สเปกโทรสโกปี และเลเซอร์ , YB Band, John Wiley & Sons, 2010, ISBN 978-0-471-89931-0
• The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics , IR Kenyon, Oxford University Press, 2008, ISBN 978-0-19-856646-5
• สารานุกรมฟิสิกส์ของ McGraw Hill (ฉบับที่ 2), CB Parker, 1994, ISBN 0-07-051400-3
• Arnold, VI (1990). ความผิดปกติของเส้นโค้งแสงและหน้าคลื่นคณิตศาสตร์และการประยุกต์ใช้ เล่มที่ 62 ดอร์เดรชท์: Springer Netherlands. doi : 10.1007 /978-94-011-3330-2 ISBN 978-1-4020-0333-2. OCLC  22509804 .

• อาร์โนลด์, VI (1983) "Особенности систем лучей" [เอกพจน์ในระบบรังสี] (PDF ) Успехи математических наук (ภาษารัสเซีย) 38 (2(230)): 77– 147. ดอย : 10.1070/RM1983v038n02ABEH003471 . S2CID  250754811 – โดยRussian Mathematical Surveys , 38:2 (1983), 87–176.
• François Roddier, Claude Roddier (เมษายน 1991). "การสร้างหน้าคลื่นขึ้นใหม่โดยใช้การแปลงฟูริเยร์แบบวนซ้ำ". 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 (พฤศจิกายน 1993). "การสร้างหน้าคลื่นขึ้นใหม่จากภาพที่เบลอและการทดสอบกล้องโทรทรรศน์แบบออปติคอลบนพื้นดิน". Journal of the Optical Society of America A . 10 (11): 2277– 2287. Bibcode : 1993JOSAA..10.2277R . doi : 10.1364/JOSAA.10.002277 .
• ชเชอร์บัค, OP (1988) "Волновые фронты и группы отражений" [คลื่นและกลุ่มการสะท้อน] (PDF ) Успехи математических наук (ภาษารัสเซีย) 43 (3(261)): 125– 160. ดอย : 10.1070/RM1988v043n03ABEH001741 . S2CID  250792552 – โดยRussian Mathematical Surveys , 43:3 (1988), 149–194.
• การประมาณค่าการเอียง/การบิดเบี้ยวของหน้าคลื่นจากภาพที่เบลอ เก็บถาวรเมื่อ 12 กันยายน 2006 ที่Wayback Machine

• คู่มือการใช้งาน AO: เซ็นเซอร์ตรวจจับหน้าคลื่น
• การตรวจวัดหน้าคลื่น: สถาบันกลุ่มวิจัย และบริษัทที่สนใจด้านการตรวจวัดหน้าคลื่นและระบบปรับแสงอัตโนมัติ