Difraktsioon

Millal difraktsioon on tugev

Kui avause laius a on palju suurem kui λ, jääb kimp suhteliselt kitsaks ja geomeetriline optika töötab hästi. Kui a~λ, muutub nurklevik suureks.

Seetõttu kuuleb heli ukseava tagant hõlpsalt, kuid nähtava valguse tugevaks difraktsiooniks on vaja väga väikeseid avasid.

Ühe pilu muster

Kitsa pilu laiusega a korral rahuldavad Fraunhoferi minimaalsed intensiivsused tingimust a sinθ=mλ, m=±1,±2,... Keskne maksimum on nurklaiuselt umbes kaks korda laiem kui külgmised maksimumid.

See võrrand annab miinimumid, mitte maksimumid. Kogu intensiivsusjaotus tuleneb pidevast superpositsioonist üle pilu.

Huygens–Fresneli idee

Iga väike lainefrondi osa võib olla sekundaarlaine allikas. Vaatluspunkti tulemus sõltub kõigi panuste amplituudidest ja faasidest.

Difraktsioon ja interferents ei ole kaks eraldi jõudu; mõlemad on lainete superpositsiooni tagajärjed.

Difraktsioonvõre

Paljud korrapärased pilud annavad teravad maksimumid, kui d sinθ=mλ. Siin d on naaberpilude vahekaugus.

Erinevad λ väärtused annavad sama järgu m korral erinevad nurgad, mistõttu võresid kasutatakse spektromeetrites lainepikkuste eraldamiseks.

Lahutusvõime

Piiratud ava ei kujuta punktallikat matemaatiliseks punktiks. Ringava korral tekib Airy ketas ning iseloomulik piir on θ≈1,22λ/D.

Suurem D või väiksem λ parandab nurklahutust. See piir on lainefüüsika, mitte lihtsalt optika ehitusviga.

Fresnel ja Fraunhofer

Lähivälja Fresneli režiimis mõjutavad mustrit tugevalt allika, ava ja ekraani kaugused. Kaugvälja Fraunhoferi režiimis on lihtsad nurksuhted kõige sobivamad.

Enne valemi kasutamist kontrolli, millise geomeetrilise režiimi see eeldab.

Mõõtmine ja veaallikad

Ekraanilt mõõdetud kaugus tuleb kõigepealt teisendada nurgaks, näiteks tanθ≈x/D väikeste nurkade korral. Alles seejärel rakendatakse a sinθ=mλ.

Pilu tegelik laius, ekraanikaugus ja lainepikkuse spektraalne laius määravad katse määramatuse. Liiga lai allikas võib mustri kontrasti vähendada.

Lahendatud näide