Дифракција
Дифракција се јавља када талас наиђе на отвор или препреку коначне величине. Талас тада не наставља као савршено оштар зрак: доприноси из различитих делова отвора суперпонирају се и стварају угаоно ширење и образац интензитета.
Када дифракција постаје уочљива
Ако је отвор широк много таласних дужина, централни сноп је узак и геометријска оптика добро описује појаву. Како однос λ/a расте, ширење постаје јаче. Зато се дуги таласи лакше савијају око великих препрека, док видљива светлост захтева мале структуре.
Кључан је однос величине отвора и таласне дужине, а не само једна величина. Због тога дифракција истовремено ограничава резолуцију и омогућава мерење малих структура.
Минимуми једног прореза
За идеалан прорез ширине a тамни минимуми задовољавају a sin θ = mλ, где је m = 1, 2, 3, … . Ови углови означавају поништавање, не положаје бочних максимума.
Централни максимум лежи између првих минимума са обе стране. За мале углове положај првог минимума на екрану је y₁ ≈ Lλ/a.
Угао првог минимума
Зашто је централни максимум посебан
Централни максимум је најсјајнији и, мерен између првих минимума, приближно двоструко шири од суседних максимума у идеалном обрасцу једног прореза. Бочни максимуми постају све слабији.
Пуна крива интензитета има sinc² облик. У већини уводних задатака услов за минимуме ипак довољно добро описује геометрију.
Дифракција није исто што и интерференција два извора
Обе појаве потичу од суперпозиције. Код двоструког прореза главно поређење је између два одвојена кохерентна отвора; код једног прореза међусобно интерферирају доприноси из свих делова једног коначног отвора.
Реални двоструки прорези имају коначну ширину, па се уске интерференционе пруге модулишу широм дифракционом овојницом. Објашњење само преко две ивице није потпун механизам.
Како величина отвора контролише образац
Повећање λ или смањење a помера прве минимуме ка већим угловима и шири централни максимум. За мале углове пуна централна ширина је приближно 2Lλ/a.
Ако се ширина прореза преполови, централни максимум постаје приближно двоструко шири док важи апроксимација малих углова.
Решени примери
1. Први минимум
Светлост λ = 500 nm пролази кроз прорез 5,0 μm. Одредите угао првог минимума.
Решење
sin θ₁ = λ/a = 0,100, па је θ₁ ≈ 5,74°.
2. Ужи прорез
Шта се дешава са централним максимумом ако се a преполови?
Решење
Из sin θ₁ = λ/a следи да се за мале углове θ₁ приближно удвостручи. Централни максимум се шири.
3. Ширина на екрану
λ = 600 nm, a = 0,20 mm и L = 2,0 m. Процените централну ширину.
Решење
y₁ ≈ Lλ/a = 0,0060 m, па је 2y₁ = 12 mm.