La comprensione della diffrazione come fenomeno ondulatorio è fondamentale per la fisica moderna. Arnold Sommerfeld, fisico tedesco, ha definito la diffrazione come la deviazione di un raggio di luce che non dipende né dalla riflessione né dalla rifrazione. Questo concetto si applica a una varietà di onde, come le onde sonore e elettromagnetiche (compresa la luce e le onde radio), nonché alle proprietà ondulatorie della materia, come previsto dal dualismo onda-particella.
Il Principio di Huygens-Fresnel
Il principio di Huygens-Fresnel spiega la diffrazione come il comportamento di un’onda che interagisce con un’apertura o un ostacolo. Secondo questo principio, ogni punto di un fronte d’onda a un dato istante è considerato una sorgente di onde sferiche che si propagano nel mezzo con una certa velocità. In questo modo, quando la luce attraversa un’apertura, ogni punto di questa apertura agisce come una sorgente di onde che possono interferire tra loro, dando origine al fenomeno della diffrazione.
Diffrazione di Fresnel e di Fraunhofer
In ottica, è possibile distinguere tra la diffrazione di Fresnel e la diffrazione di Fraunhofer in base alla posizione della sorgente luminosa e del piano di osservazione rispetto all’apertura o all’ostacolo. Se la sorgente luminosa e il piano di osservazione sono a una distanza finita dall’apertura, si osserva la diffrazione di Fresnel. Se invece sono a una distanza infinita, si osserva la diffrazione di Fraunhofer.
Diffrazione da una Singola Fenditura
Quando la luce passa attraverso una singola fenditura con una larghezza simile alla lunghezza d’onda della luce stessa, si può osservare un modello di diffrazione su uno schermo posto a una distanza considerevole rispetto alla fenditura. Questo modello è il risultato dell’interferenza delle onde emesse da ciascuna porzione della fenditura. L’interferenza costruttiva si verifica quando le creste delle onde si sovrappongono, mentre l’interferenza distruttiva si verifica quando una cresta si sovrappone a una valle.
In breve, la diffrazione è un fenomeno che comporta la deviazione di un’onda quando interagisce con un’apertura o un ostacolo delle dimensioni simili alla sua lunghezza d’onda. Questo concetto, Unitamente al principio di Huygens-Fresnel, ci permette di comprendere meglio la natura ondulatoria della luce e di altre forme di onde.Cos’è la diffrazione della luce e come si manifesta sullo schermo
La diffrazione della luce è un fenomeno che si verifica quando la luce attraversa una fenditura o un ostacolo e si piega intorno ad esso. Nella diffrazione, i raggi luminosi si comportano come onde e possono interferire tra loro. Quando i raggi viaggiano ad angolo rispetto alla direzione originale, possono arrivare in fase o fuori fase, generando massimi e minimi di intensità luminosa sullo schermo.
La condizione per ottenere un massimo di intensità luminosa è che la differenza di cammino delle onde secondarie generate dalla fenditura sia pari alla lunghezza d’onda della luce. In questo caso, le onde interferiscono costruttivamente e si manifesta un massimo di luce sullo schermo. Al contrario, se la differenza di cammino è un multiplo intero della lunghezza d’onda, si ha un minimo di intensità luminosa.
Calcolo della diffrazione e dei minimi distruttivi
Per ottenere un’interferenza distruttiva per una singola fenditura, la differenza di cammino delle onde secondarie deve essere uguale a un multiplo intero della lunghezza d’onda. Questo si manifesta quando la relazione matematica d sen θ = mλ è soddisfatta, dove d è la larghezza della fenditura, θ è l’angolo di diffrazione, λ è la lunghezza d’onda e m è l’ordine del minimo.
Il primo minimo si verifica quando m = 1 e la differenza di cammino dalle estremità della fenditura è d sen θ/2. Per ottenere un minimo distruttivo, questa distanza deve corrispondere a mezza lunghezza d’onda, quindi sen θ = λ/d.
Reticoli di diffrazione e la loro funzione
I reticoli di diffrazione sono strutture che dividono la luce incidente in più percorsi attraverso la diffrazione, permettendo la propagazione della luce di diverse lunghezze d’onda in direzioni diverse. Questo effetto è simile a quello dei prismi di dispersione, sebbene basato sulla diffrazione anziché sulla rifrazione.
La luce viene diffratta dalle fenditure dei reticoli secondo l’equazione mλ = d sen θ. Questi reticoli vengono utilizzati nella spettrofotometria per separare la luce policromatica nelle sue lunghezze d’onda costituenti. Questo processo avviene grazie alla dispersione della luce in angoli diversi a causa del modello di interferenza che si genera attraverso la struttura del reticolo.
I reticoli di diffrazione sono impiegati in una varietà di campi, come selettori di lunghezza d’onda per laser, superfici selettive per l’energia solare, specchi di campionamento del raggio per laser ad alta potenza e in applicazioni di spettrometria. Sono strumenti fondamentali per la ricerca e l’analisi in ambiti quali ottica spaziale, metrologia e interferometria di misura di fase.
