diffraktioilmiöitä

Diffraktioilmiöt ovat ilmiöitä, joissa aaltoliike hajaantuu, kaartuu tai interferoi esteen, aukon tai rakenteen läpi. Ne voivat ilmetä valossa, radiovoimakentissä ja muissa aaltoliikkeissä, sekä niitä voidaan tarkastella sekä yksittäisten rakenteiden (esim. aukon) että useiden rakojen ja jäännösten kautta. Diffraktio liittyy aaltoliikkeen perusyhtälöihin ja aallonpäästön piirteisiin, kuten reunoilta tapahtuvaan taipumiseen ja pää- sekä sivuimpulssien interferenssiin.

Perusperiaatteet: Diffraktio syntyy, kun aaltoputki kohtaa esteen tai rakenteen, jonka koko on verrannollinen aaltopituuteen. Yksinkertainen tapa kuvattaessa on Huygens–Fresnelin periaate: jokainen piste aaltopinnan kohdalla toimii uudena lähteenä, ja näiden lähteiden välisillä säädöillä määrittyy lopullinen kuvio.

Esimerkkejä:

- Yhden raon diffraatio: intensiteetti I(θ) ∝ (sin β / β)^2, β = (π a sin θ)/λ, missä a on raon leveys ja λ on aaltopituus. Kuvio sisältää kirkkaus-aukoja ja haittoja, johdonmukaisesti etäisyyden ja aallonpituuden mukaan.

- Kaksoisraon interferenssi: I(θ) ∝ cos^2(π d sin θ/λ) (sin β/β)^2, d on raojen etäisyys. Tämä yhdistää yksittäisen raon diffraation ja kahden raon välistä interferenssiä.

- Diffraktiorajat ja karkeat suuntakuviot: diffraktio voidaan toteuttaa myös kapeiden viivojen (diffraction gratings) kautta, jolloin mλ = d sin θ (m on järjestys).

- Ympyrä-aukko (Airy-käyrä): ympyräaukon aiheuttama diffraatio tuottaa Airy-kiekon huipun ja sen lähikierron kuvion; kikkailun kuvan muoto riippuu aukon koosta.

Eri diffraktion muodoista puhuttaessa jaetaan usein far-field Fraunhofer- ja near-field Fresnel-diffraktioon, jotka eroavat havaintopaikan ja etäisyyden mukaan. Diffraktioilmiöt ovat sekä optisten järjestelmien että materiaalien rakenteiden suunnittelussa keskeisiä, ja niitä havaitaan myös hiukkas-aalto-käytössä, kuten elektronien ja neutroneiden diffraatioissa.

---