diffraksjon

Diffraksjon er et bølgefenomen, og vi bruker gjerne en tenkemåte som stammer fra Huygens og Fresnel når vi skal finne ut hvordan bølger utvikler seg etter å ha blitt begrenset av kanter eller spalter. Resonnementet er som følger: Når lys passerer en spalteåpning, kan vi tenke oss at hvert punkt på en bølgefront kan oppfattes som kilde til en halvsirkelformet bølge, kalt en elementærbølge, med sentrum i punktet. Til sammen vil alle de ytterste elementærbølgene med et helt antall bølgelengder danne bølgefronter, en betraktning som kalles Huygens prinsipp (se figur).

Dersom vi er langt fra spalten og spalten er flere ganger så vid som bølgelengden, vil elementærbølgene kombineres på en litt annen måte. Setter vi inn en skjerm eller fotografisk plate i lysveien, kan vi finne lyse og mørkere områder (se figur).

Et annet eksempel er diffraksjon når lys passerer gjennom et sirkulært hull (se figur). Vi ser at det dannes et mønster av en sentral lysende skive med konsentriske mørke og lyse ringer utenfor den. Den sentrale skiven kalles airyskiven etter den britiske astronomen George B. Airy (1801–1892) som studerte dette fenomenet. Vinkelutstrekningen av airyskiven øker med økende bølgelengde og blir mindre når hullets diameter øker.

Diffraksjon gjennom en sirkulær åpning har betydning for teleskoper. Selv om vi ikke skygger for lysbunten på samme måte her som for et sirkulært hull, vil lysbunten også ha en klar «kantsone» inn mot brennpunktet etter å ha passert linsen (se figur). Ser vi på en fjern stjerne, vil den i teleskopet bli gjengitt som en airyskive og svake ringer rundt denne. Diffraksjon setter derfor en begrensing for et teleskops oppløsningsevne. To stjerner som ligger nær hverandre i synsretning, vil i små teleskop bare se ut som en relativt stor airyskive. Airyskiven blir mindre, det vil si oppløsningen blir bedre, desto større den effektive linsediameteren er. De beste teleskopene har derfor stor effektiv diameter på linsen eller speilet; det gir best oppløsning og det samles mer lys slik at svake objekter kan observeres.

De fleste objektiver er skarpest i området f/4 – f/8. Ved fotografering endres effektiv linsediameter ved hjelp av blenderåpningen. Stor blenderåpning har den fordelen at skarpheten blir størst mulig og mer lys slippes inn på bildebrikken, men samtidig blir dybdeskarpheten dårlig. Særlig ved makrofotografering, der nedblending gjerne er nødvendig på grunn av svært liten dybdeskarphet ved stor blender, kan diffraksjon gi uskarpe bilder. Et alternativ til nedblending er fokusstabling.

Også i øyet vårt er oppløsningen delvis begrenset av diffraksjon. Pupillens åpning er typisk seks millimeter eller mindre under daglige gjøremål. Det setter en begrensing på hvor liten vinkelavstand to detaljer i synsbildet vårt vi kan holde adskilt.