Fraunhoferdiffraktioon

Fraunhoferin diffraktio (fraunhofer diffraction) on diffraktioilmiö, jossa valon kulkua kuvataan kaukovaikutuksessa, kun havaintoetäisyydet ovat suuret ja aallonpituus sekä aukko tai este ovat pienempiä. Käytännössä kaukovaikutus voidaan saavuttaa joko suurta etäisyyttä havainnoimalla tai käyttämällä linssiä, jonka fokuspinnalla diffraktiokuviot esiintyvät paikkoina. Suomessa ilmiötä kutsutaan myös Fraunhoferin diffraktioksi.

Ydinajatus on, että far field -tilanteessa valon intensiteetti määräytyy aukon tai levyn amplitudifunktion Fourier-tulkintana. Tämä mahdollistaa diffraktioiden analysoinnin pelkällä geometrialla ja aallonpituudella: kulman θ perusteella voidaan kertoa, miten valo jakaantuu.

Esimerkkejä ja yleiset yhtälöt:

- Yksittäinen slitti: I(θ) ∝ [sinin(β)/β]^2, β = (π a sin θ)/λ, jossa a on slitin leveys ja λ on aallonpituus.

- Kaksoisslitin interferenssi: I(θ) ∝ cos^2(δ) [sinin(β)/β]^2, δ = (π d sin θ)/λ, d on aukkojen center-to-center etäisyys.

- Diffraatiograti: I(θ) ∝ [sin(Nβ)/sin β]^2, β = (π d sin θ)/λ, jossa N on slottien määrä ja d niiden välinen etäisyys; pienin leveysvaikutus voi tuoda sin(*α)/*α -tyyppisen envelope-termilla α = (π a sin θ)/λ.

Erotus Fresnel-diffraktioon: Fraunhofer-diffraktio on kaukovaiheen (far-field) ilmiö, kun taas Fresnelin diffraktio syntyy lähellä olevassa geometrisessa kontekstissa eikä lopputulos ole pelkän Fourier-tulkinnan tulos. Rajoitusehto yleisesti: R > 2D^2/λ, missä D on diffraktio-objektin suurin mitta.

Historia ja sovellukset: Fraunhoferin diffraktio on nimetty Josef von Fraunhoferin mukaan, joka tutki diffraktiograveerauksia ja spektriä 1800-luvulla. Ilmiötä hyödynnetään laajasti spektroskopiassa, diffraction-laitteissa ja optisissa instrumenteissa sekä X- ja elektronidiffraktioissa rakenteiden ja mittauksien analysointiin.