Diffraktioteoriat

Diffraktioteoriat tutkivat ilmiötä, jossa aaltoliike hajaantuu tai muuttuu kulkusuunnassaan esteen tai raon ohitse. Diffraktio ilmenee sekä valo- että ääniaaltoina ja on keskeinen ilmiö fysiikassa, materiaalitutkimuksessa ja tekniikassa. Sen kuvioina näkyvät interferenssikuvioita sekä kapeita että laajenevia aallonkulkuja, joiden muodostuminen riippuu esteen muodosta ja rajapinnoista.

Historian kulmakivet ovat 1800-luvulla syntyneet mallit: Huygens–Fresnelin prinsippi, jonka mukaan jokainen piste aallonjakaman alueella toimii uuden lähteenä, sekä Youngin kaksoisreunan kokeet, jotka todistivat interferenssin todellisuuden. 1800-luvulla kehittyivät myös matemaattiset muodot kuten Kirchhoffin diffraatio-integraali, jonka avulla voidaan laskea diffraktiokuvioita rajapinnoista.

Tyypillisiä diffraatiomalleja ovat Fraunhofer- ja Fresnel-diffraktio. Fraunhoferin tapauksessa etäisyydet ovat suuria ja kuviot ovat helposti analysoitavissa; Fresnel-diffraktio käsittelee läheisempiä kappaleita. Babinetin periaate sekä alueen ja aukon keskinäinen suhde ovat myös keskeisiä. Diffraktioa tarkastellaan usein sekä esteen että raon kautta tulevina komponentteina.

Sovellukset kattavat optiset suotimet ja diffraktiolevyt, spektrianalyysi sekä röntgen- ja elektronidiffraktion kristallografisessa tutkimuksessa ja muissa teknisissä sovelluksissa. Nykyinen näkemys diffraktiosta yhdistää klassisen aallonlaadun ja kvanttimekaanisen käsitteen: hiukkaset ja fotonit käyttäytyvät diffraktiivisesti aaltoina, ja laskentamenetelmät yhdistävät aaltomekaaniset sekä kvanttimekaniset lähestymistavat. Diffraktiotutkimusta hyödynnetään laajasti materiaalitutkimuksessa, kommunikaatiossa ja lääketieteellisissä kuvantamistekniikoissa.