diffraatio

Diffraatio on aaltoliikkeen ilmiö, jossa aaltorintama taantuu ja taipuu esteen reunan tai kapean aukon läpi kulkiessaan, jolloin syntyy interferenssikuvioita. Ilmiö esiintyy kaikissa aalloissa — valossa, äänessä, vesiaalloissa ja kvanttihiukkasten de Broglie-aalloissa — ja siitä tulee merkittävä, kun esteen tai aukon koko on samanluokkaa aallonpituuden kanssa.

Ilmiön peruskuvauksen antaa Huygens–Fresnelin periaate: jokainen aaltorintaman piste toimii alkeislähteenä, ja näiden lähteiden yhteenlaskettu vaihe-ero tuottaa valon ja pimeyden vaihtelua. Diffraatiota tarkastellaan usein kahdessa rajoitustapauksessa: Fresnelin (lähi- eli lähikenttä) ja Fraunhoferin (kaukenttä) diffraatiossa. Yksinkertaisia malleja ovat yksiraon ja kaksiraon diffraatio sekä ristikkö- eli harvadiffraktio (diffraatiogridi). Yksiraon minima-occurrence voidaan kirjoittaa a sinθ = mλ ja harvan huippuja varten d sinθ = mλ, missä a tai d ovat geometrisia mittoja ja m on kokonaisluku.

Diffraatiolla on käytännön merkitystä optiikassa ja spektroskopiassa: se asettaa rajoituksia optisten laitteiden erottelukyvylle (Rayleigh’n kriteeri) ja muodostaa perustan esimerkiksi diffraktiogridien, röntgenkristallografian, elektronidiffraktion ja mikrolitografian toiminnalle. Diffraatiokuvioiden selkeys riippuu lähteen koherenssista ja aallonpituuden yksimuotoisuudesta.