Diffraktionsbildes

Diffraktionsbildes bezeichnet in der Optik das Muster der Lichtintensität, das entsteht, wenn Licht durch eine Öffnung oder um ein Hindernis herum gebeugt wird. Es resultiert aus der Interferenz der von den Rändern der Öffnung oder des Hindernisses hervorgehenden Wellen und trägt charakteristische Maxima und Minima. Das Diffraktionsbild hängt von der Wellenlänge λ, der Geometrie der Öffnung und der Beobachtungsposition ab.

Die Entstehung lässt sich durch das Huygens-Fresnelsche Prinzip erklären: Jeder Randabschnitt wirkt als Quellpunkt, dessen Wellenfronten sich überlagern. Je nach Beobachtungsabstand spricht man von Fresnel-Beugung (nahe der Beugungsquelle) oder Fraunhofer-Beugung (Fernfeld, typischerweise bei aufeinanderfolgenden, gut kollimierten Strahlen). Beim Einspaltbeugungsmuster ergibt sich ein zentrales Maxima, gefolgt von Nebenmaxima und Minima; die Positionen der Minima erfüllen a sin θ = mλ, wobei a die Spaltbreite ist.

Bei einer Doppelspalt- oder Spalt-Array-Beugung liegen die Interferenzbedingungen vor: Die Intensität besitzt scharfe Maxima, deren Lage durch das Beugungsgitter-Gesetz bestimmt wird. Allgemein gilt für periodische Öffnungen I(θ) ∝ (sin β/β)^2 mit β = (π a sin θ)/λ; bei Geradengittern ergeben sich charakteristische Hauptmaxima gemäß der Gittergleichung d sin θ = mλ.

Diffraktionsbilder spielen eine zentrale Rolle in der Optik, der Spektroskopie, der Lithografie und der Elektronenbeugung; sie veranschaulichen die Wellennatur von Licht und Materie und wurden maßgeblich durch Young, Fresnel und Abbe geprägt.

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