Det lysdiffraktion er navnet på forvrængningen af en lysstråle, når den rammer en lille genstand eller en lille åbning i en skærm. Det var den italienske Francesco Maria Grimaldi, der gav diffraktion navnet på dette fænomen og den første til at studere det i 1665.
Når genstanden eller spalten, der opfanger lysstrålen, er i størrelsesordenen tiendedele af en millimeter eller mindre, er den støbte skygge ikke nøjagtig. Snarere diffunderer det omkring, hvad der skal være dens geometriske skygge. Dette skyldes, at lysstrålen afbøjes og spredes rundt om forhindringens kanter..
Ovenstående figur viser et meget bestemt mønster af skiftende lyse og mørke områder. Produceret af lys fra en lasermarkør (bølgelængde 650 nm), der passerer gennem en firkantet åbning på 0,1 mm x 0,1 mm og projiceres på en skærm.
Dette mønsterdannelsesfænomen observeres også i lydbølger og bølger på vandoverfladen såvel som i radiobølger og røntgenstråler, og derfor ved vi, at det er et meget bølgelignende fænomen..
Artikelindeks
I en monokromatisk lysstråle (indeholdende en enkelt bølgelængde), såsom laserlys, danner diffraktionen af den indfaldende lysstråle på forhindringen et mønster af lys og mørke bånd, når det projiceres på en skærm.
Dette arrangement af lyse og mørke områder kaldes diffraktionsmønster.
Diffraktion forklares på en klassisk måde ifølge Fresnel-Huygens-princip.
Det kommer fra superpositionen af de sfæriske bølger, der stammer fra forhindringens kant og fra de andre punkter på bølgefronten, der støder op til kanterne på en sådan måde, at der opstår en interferens mellem bølgerne fra dette sæt sekundære kilder.
Når to eller flere bølger falder sammen på samme sted i rummet, opstår der interferens mellem dem. Det kan så ske, at deres respektive amplituder tilføjes eller trækkes, hvorefter hver går sin egen vej..
Det hele afhænger af, om bølgerne falder sammen i fase. I så fald tilføjes amplituderne, mens amplituden falder eller annulleres på de steder, hvor bølgerne er ude af fase eller i modfase..
Derfor har diffraktionsmønsteret lyse og mørke områder..
I modsætning til fænomenet lysinterferens, hvor antallet af bølgekilder er to eller tre, i tilfælde af diffraktion er antallet af sekundære kilder til sfæriske bølger meget stort og har tendens til at danne et kontinuum af kilder..
Bølgeforstyrrelser i diffraktion er mere mærkbar, hvis kilden har en enkelt bølgelængde, og alle de fotoner, der udgør lysstrålen, er i fase, som det er tilfældet med lys fra en laser..
Det plet interferometri er en af de praktiske anvendelser af fænomenet lysdiffraktion.
Når en overflade belyses med laserlys, er bølgefronterne for det lys, der reflekteres fra overfladen, i fase, men bliver ude af fase efter at have rejst vejen til pladen eller skærmen, hvor billedet er optaget..
Der produceres et plettet diffraktionsmønster (plet på engelsk), som giver information om overfladen, hvorfra de reflekterede fotoner kommer.
På denne måde kan der opdages fejl eller brud i en del, som næppe ville være synlig for det blotte øje..
Viden om diffraktionsmønstre, der findes i fotografiske eller digitale billeder af astronomiske objekter: stjerner eller asteroider, tjener til at forbedre opløsningen af astronomiske billeder.
Teknikken består i at samle et stort antal billeder af det samme objekt, der individuelt har lav opløsning eller lysstyrke..
Derefter resulterer de i et højere opløsningbillede, når de behandles beregningsmæssigt og ekstraherer støj fra diffraktion.
Sådan er det muligt at vise detaljer, der tidligere blev maskeret i originalerne, netop på grund af lysdiffraktion..
Diffraktion er et fænomen, som næsten alle os helt sikkert observerer, men vi identificerer ikke altid dets oprindelse korrekt. Her er nogle eksempler:
Regnbuen er hovedsageligt forårsaget af overlejringen af de brydede og reflekterede bølger inde i de fine vanddråber.
De udgør et meget stort sæt sekundære lyskilder, hvis bølger interfererer og danner det farverige regnbue mønster, som vi beundrer så meget efter regnen..
Lys, der hopper fra en CD eller DVD, danner også slående farverige mønstre. De har deres oprindelse i fænomenet med diffraktion af lys, der reflekteres af de sub-millimeter riller, der udgør sporene.
Det hologram, der ofte vises på kreditkort og mærkevarer, danner et tredimensionelt billede.
Det skyldes superpositionen af bølgerne, der kommer fra de utallige trykte reflekterende punkter. Disse punkter er ikke tilfældigt fordelt, men blev dannet af diffraktionsmønsteret for det originale objekt, som blev belyst med laserlys og senere indgraveret på en fotografisk plade..
Nogle gange kan du se glorier eller ringe omkring solen eller månen.
De dannes takket være det faktum, at lyset, der kommer fra disse himmellegemer, hopper eller reflekteres i utallige mængder partikler eller krystaller dannet i den øvre atmosfære..
De fungerer igen som sekundære kilder, og deres overlejring giver anledning til det diffraktionsmønster, der danner den himmelske glorie..
Iridescensen på nogle overflader såsom sæbebobler eller de gennemskinnelige vinger af nogle insekter forklares med lysdiffraktion. På disse overflader varierer de observerede toner og farver afhængigt af observationsvinklen..
Fotonerne, der reflekteres i de tynde halvtransparente lag, udgør et stort sæt lyskilder, der interfererer konstruktivt eller destruktivt.
De danner således de mønstre, der svarer til de forskellige bølgelængder eller farver, som lyset fra den oprindelige kilde er sammensat af..
Således observeres kun bølgelængderne fra bestemte baner: dem, der går fra de reflekterede punkter til observatørens øje, og som har en heltalsforskel i bølgelængder..
Bølgelængder, der ikke opfylder dette krav, annulleres og kan ikke overholdes.
Endnu ingen kommentarer