モード変換

モード変換とは、界面における波が他の波の種類（モード）に変化することである。^{[ 1 ] [ 2 ]}

モード変換は、波が異なるインピーダンスの材料間の界面に遭遇し、入射角が界面に垂直でない場合に発生します。^{[ 1 ]}したがって、たとえば、流体（水や空気など）からの縦波が固体（鋼板など）に当たると、通常は入射角の関数として屈折および反射されますが、エネルギーの一部が横方向に粒子運動を引き起こすと、2番目の横波が生成され、これも屈折および反射される可能性があります。スネリウスの屈折の法則は次のように定式化できます。^{[ 1 ]}

${\displaystyle {\frac {\sin {\theta }_{1}}{{V}_{L1}}}={\frac {\sin {\theta }_{2}}{{V}_{L2}}}={\frac {\sin {\theta }_{3}}{{V}_{S1}}}={\frac {\sin {\theta }_{4}}{{V}_{S2}}}}$

これは、入射波が界面で2種類の異なる波に分裂することを意味します。2種類の異なる固体（例えばアルミニウムと鋼）の界面に入射する波を考えると、反射波の波の種類も分裂します。

これらの単純なモード変換に加えて、入射波は表面波に変換されることもあります。例えば、縦波を全反射角よりも浅い角度で境界面に照射すると、全反射されますが、それに加えて境界層に沿って伝搬する表面波も発生します。このように、入射波は反射縦波と表面波に変換されます。

一般的に、モード変換は離散的なプロセスではなく、入射エネルギーの一部が異なる種類の波に変換されます。変換された波の振幅（透過率、反射率）は入射角に依存します。^{[ 3 ]}

地震学において、波の変換とは、特に不連続面でのP波とS波の変換を指します。 ^{[ 4 ]}実体波は、地球内部の境界層に当たると反射および屈折します。ここで、P波は界面でS波（PS波）に変換される可能性があり、その逆（SP波）も起こります。^{[ 5 ]}これは入射P波にも同様に当てはまります。

${\displaystyle {\frac {\sin {\theta }_{P1}}{{P}_{1}}}={\frac {\sin {\theta }_{P1}}{{PP}_{r}}}={\frac {\sin {\theta }_{P2}}{{PP}_{t}}}={\frac {\sin {\theta }_{S1}}{{PS}_{r}}}={\frac {\sin {\theta }_{S2}}{{PS}_{t}}}}$

振幅の変化は、ゾエプリッツ方程式で記述できます。