Fresnelilmiö

Fresnelilmiö viittaa lähellä-tai-sivustossa tapahtuvaan diffraktioon, jossa valonsäde ei vielä käyttäydy kuin hajautuneena, kaukaa havaittuna. Tällöin havainto- tai kohdepinnan etäisyys, kohteen koko ja valon aallonpituus vaikuttavat toisiinsa monimutkaisemmin kuin kaukovaiheen diffraktiossa. Yleisiä esimerkkejä ovat kaventuneiden aukkojen ja reunoiden läheisyydessä syntyvät varjot ja kirkkaat sekä tummat alueet, joiden muoto on aalto-opin mukaan epälineaarinen.

Fresnelilmiön luonnetta voidaan kuvailla Fresnelin luvulla, jonka avulla voidaan arvioida diffraktiokomponenttien vaikutusta. Fresnelin numero F määritellään F = a^2/(λL), missä a on kuvan tai kohteen ominainen koko, λ on aallonpituus ja L on etäisyys kappaleesta havaintoalustaan. Kun F on suuri, ilmiö kuuluu läheis-diffraktion piiriin (Fresnel-alue), ja kun F on pieni, siirrytään Fraunhoferin kaukā-diffraktioon (far-field). Näissä oloissa valon keston ja reuna-efektit sekä etäisyyksien säätely vaikuttavat tuloksiin.

Matemaattisesti Fresnelilmiö liittyy Fresnel-integroitumiin, jotka johtavat Cornu-kierros-käyrien kuvauksiin. Reunan tai aukon ympärillä intensiteetti voidaan laskea näiden supranuspisteiden avulla, mikä selittää monimutkaiset näytöt ja tilan rajoitukset. Tutkimuksessa käytetään näitä periaatteita optisten piireiden, instrumenttien testauksen sekä akustisissa ja valon diffraktioissa tapahtuvan varjokuvan analysointiin.

Fresnelilmiö on keskeinen osa klassista diffraktioteoria, joka valaisee valon käyttäytymistä sekä lähellä että kauempana kappaleista. Sen ymmärtäminen on olennaista esimerkiksi apertuuri- ja reunapinnan suunnittelussa sekä tarkasteltaessa epälineaarisia diffraktiokuvioita.