Närfältsdiffraktion

Närfältsdiffraktion, eller Fresneldiffraktion, är den form av diffraktion som uppstår när observationsavståndet z från en diffraktionsöppning är av samma storleksordning som öppningens dimensioner eller våglängden. I detta läge kan vågfronten över öppningen inte antas plan utan beräkningar kräver Huygens–Fresnel-principen. Diffraktionsmönstret blir då känsligt för avståndet till öppningen, geometrin och våglängden och kan avvika markant från de enklare far-field-mönstren.

Den teoretiska behandlingen bygger på Fresnel-integralerna och på Kirchhoff- eller Rayleigh–Sommerfeld-diffraction. Amplituden i observationspunkten erhålls som en integral över öppningen, och intensiteten följer av kvadraten på amplituden. I praktiken används ofta Cornu-spiralen där mönstret visualiseras med Fresnel C- och S-integralerna. Dessa verktyg gör det möjligt att beskriva hur diffraktionsbilden utvecklas när avståndet z ändras.

Fresnelnumret, F = a^2/(λ z), används för en cirkulär öppning med radie a. När z är litet jämfört med a^2/λ (F>>1) befinner man sig i närfältsregionen; när z ökar och F minskar (F<<1) övergår man till Fraunhofer-diffraktion, där mönstret i stor utsträckning reduceras till öppningens Fouriertransform. I närfältsområdet varierar mönstret med avståndet och geometrin, vilket ofta kräver numeriska beräkningar eller Fresnel-integralrepresentationer.

Användningar förekommer inom optisk instrumentering, bildbehandling och närfältsoptik. Tekniker som NSOM/NFOM utnyttjar närfältsfält nära en yta för att uppnå geometriska upplösningar bortom konventionell diffraction. Diffraktionen är därmed central för förståelse av spridning i begränsade avstånd och små detaljer.