DIFRAKCIJA (OGIB) predstavlja pojavu prividnog skretanja talasa (valova) sa prvobitnog pravca prostiranja (oblikovanje novih pravaca prostiranja) pri njegovom nailasku na rubove otvora ili na prepreku. Efekat difrakcije je prvi put detaljno objasnio Francesca Marije Grimaldija koji je pojavi dao ime polazeći od latinske rječi diffringere, što znači “razbiti u komade”.
Difrakcija se javlja na uskim pukotinama, malim otvorima i tankim preprekama (tanka žica, vlakno, kosa ili dlaka), ali se može javiti i na većim tijelima koja imaju oštre rubove kao što su tanki limovi (dijafragma u objektivu), nož, britva, žilet...                                           

 

Objašnjenje difrakcije bazira se na Huygens-ovom principu prostiranja talasa: Kada talas naiđe na mali otvor ili malo tijelo sve tačke otvora kao i ivice otvora i tijela postaju izvori sekundarnih sfernih talasa. Pri svom prostiranju ovi talasi interferiraju i na nekim mjestima slabe a na nekim se pojačavaju. Što je otvor ili prepreka manji skretanje zraka je veće, tj. efekti difrakcije su jače izraženi.

                               
Slika na ekranu koja se sastoji od pravilno raspoređenih tamnih i svijetlih pruga, ili koncentričnih krugova, a nastaje usljed difrakcije naziva se difrakciona slika. Ako se koristi polihromatska (bijela) svjetlost slika se sastoji od krugova ili linjia različite boje između kojih se javljaju tamne oblasti. Prema tome , kod difrakcije polihromatske svjetlosti dolazi do njenog razlaganja po pojedinim talsanim dužinama.

DIFRAKCIJA SVJETLOSTI

  Difrakcija svetlosti je pojava “savijanja”, skretanja svetlosti sa pravolinijskog puta na malim otvorima (pukotinama) reda talasne dužine ili oštrim ivicama, bez promjene materijalne sredine kroz koju prolazi. Neprovidni zastor sa malim otvorom na slici predstavlja prepreku prostiranja ravnog talasa, čiji se tačkasti izvor nalazi sa lijeve strane zastora na velikom odstojanju od središta izvora.
Tačke u ravni otvora predstavljaju izvore novih elementarnih talasa koji se neometano prostiru ne samo u pravcu normale na front talasa, već i u oblasti geometrijske sjenke, pošto iza zastora nema elementarnih talasa koji bi sprečavali njihovo prostiranje i u tom pravcu. Svjetlost se znači iza otvora prostire u svim pravcima izuzev unazad.

 

DIFRAKCIJA SVJETLOSTI NA PUKOTINI
                               
  Posmatramo dva zraka talasnog fronta koja prolaze kroz pukotinu, jedan ispod gornje ivice pukotine, a drugi ispod njene centralne linije. Fazna razlika između susjednih talasa koji stižu tačku P žižne ravni sabirnog sočiva potiče od dopunske dužine gornjeg zraka:   δ=(D/2)*sinα.
Kada fazna razlika postane jednaka polovini talasne dužine, susjedni talasi dostižu zaklon u suprotnim fazama i dolazi do potpune destruktivne interferencije.           (D/2)*sinα=(λ/2)→ sinα=(λ/D)
Zaklon postaje ponovo taman kada je zadovoljeno:       sinα=(λ/D),sinα=(2λ/D),sinα=(3λ/D).
                                 
                                 Geometrijska i difrakciona sjenka pukotine

                                 
                                 
                                 Raspodjela intenziteta svjetlosti usljed difrakcije svjetlosti iza kružnog otvora

DIFRAKCIJA SVJETLOSTI NA OPTIČKOJ REŠETKI

  Niz paralelnih uskih pukotina na malom međusobnom rastojanju predstavlja difrakcionu rešetku.
d*sinθ=k*λ   k=0,1,2….           difrakcioni maksimum(svijetla pruga)
d*sinθ=(2*k+1)*(λ/2)     k=o,1,2…       difrakcioni minimum(tamna pruga)

 

 

 

 

                                 

Postoje transmisione i refleksione difrakcione rešetke.
Transmisione se prave od providnog materijala i u njih se posebnim postupcima urezuju žlijebovi na jednakim rastojanjima. Mjesto gdje je urezan žlijeb je neprovidno, tj. ne propušta svjetlost pa je prostor između dva žlijeba praktično tanak otvor.
Refleksinone rešetke se prave urezivanjem tankih linija na refleksionim ogledalima.
Rastojanje između dvije susjedne urezane linije naziva se korak rešetke i obilježava se sa d. Korak rešetke se dobija kada se dužina rešetke podjeli sa brojem urezanih linija N. Konstanta rešetke je jednaka broju urezanih linija po jedinici dužine i obilježava se sa C (najčešče je data kao broj linija po 1mm dužine rešetke). Sad je konstanta rešetke jednaka recipročnoj vrijednosti koraka rešetke.

Na slici je predstavljena difrakcija tankog svjetlosnog snopa paralelnih zraka na difrakcionoj rešetki. Kada svjetlosni snop dođe na difrakcionu rešetku, na ekranu iza rešetke uočava se difrakciona slika koja ima više maksimuma simetrično postavljenih od centralnog. Da bismo interferenciju posmatrali na konačnom rastojanju, iza rešetke se postavlja sočivo, koje snopove paralelnih zraka skuplja na zaklonu koji leži u žižnoj ravni.

 

 

Intenzitet centralnog maksimuma je najveći, a ostali maksimumi imaju manji intenzitet. Sa slike vidimo da dolazi do skretanja svjetlosti I da se svaki maksimum vidi pod nekim uglom θ. Uvodi se broj z tj. redni broj maksimuma, tako da centralni maksimum ima redni broj z=0, a ostali redom z=1,2,3,…,N. Svakom maksimumu reda z pridružujemo ugao θz, pod kojim se taj maksimum vidi u odnosu na pravac upadnih zraka.

Na slici su predstavljeni uvećano otvori na rešetki i ravanski talas monohromatske svjetlosti koji dolazi na rešetku pod uglom θo. Na zaklonu koji je veoma udaljen od rešetke posmatra se difrakciona slika. Posmatramo paralelne zrake koji dolaze na donju ivicu svakog otvora. Ovi zraci po prolazu kroz difrakcionu rešetku skreću za ugao θ. Na slici uočimo dva susjedna paralelna zraka 1i 2. Ovi zraci su do linije AB prešli isti put, a i od linije AC prelaze isti put. Putna razlika ovih zraka, prema slici, je jednaka :
∆s = BD + DC = d * sinθo + d * sinθ  (<BAD = θo, <DAC = θ)
Ovi zraci interferiraju i njihov rezultujući talas će biti maksimalnog intenziteta ako je putna razilika ovih talasa jednaka cjelobrojnom proizvodu talasne dužine svjetlosti, tj. ako je ∆s = z * λ.

Sada iz gornjeg izraza dobijemo 

z * λ = BD + DC = d * sinθo + d * sinθ i na osnovu ove jednačine moguće je odrediti ugao skretanja zraka reda z.
Ako zraci padaju normalno na difrakcionu rešetku tj. ako je θo = 0, dobije se na osnovu posljednje jednačine izraz za određivanje ugla skretanja θ zraka reda z kao : sinθz = (z * λ)/d   => C * sinθz = z * λ, C = 1/d
Zraci sa većom talasnom dužinom jače difraguju, što omogućava dobijanje sprkte kao kod prizmi. Razlika je samo u tome što se kod rešetke jače difragiraju zraci sa većom talasnom dužinom, a kroz prizmu se jače prelamaju zraci sa kraćim talasnim dužinama. Tako rešetke daju normalne, a prizme inverzne spektre. Broj z daje red spektra, z=1,2,3,...,N.

Optička rešetka ima primjenu kod spektralnih aparata, gdje uspješno zamjenjuje prizmu. Razlog tome je činjenica da optičke rešetke daju šire spektre nego prizme, pa su takvi spektri pogodniji za njihovo proučavanje.