Dyfrakcja to zjawisko falowe polegające na ugięciu i zmianie sposobu rozchodzenia się fali podczas przechodzenia przez wąski otwór, szczelinę albo w pobliżu krawędzi przeszkody. Najłatwiej zauważyć ją wtedy, gdy rozmiar przeszkody lub otworu jest porównywalny z długością fali. Termin dyfrakcja bywa zastępowany określeniami ugięcie fali lub ugięcie światła, gdy mowa o zjawiskach optycznych.

Na czym polega ugięcie fali i jego związek z interferencją

Zjawisko nie dotyczy wyłącznie światła. Dyfrakcję można obserwować w przypadku fal dźwiękowych, fal na wodzie, fal radiowych, promieniowania rentgenowskiego, a w fizyce kwantowej także falowych właściwości cząstek, na przykład elektronów. Fala po napotkaniu przeszkody nie biegnie wyłącznie na wprost, lecz może rozchodzić się również w obszarze, który według prostego modelu geometrycznego powinien znajdować się w cieniu.

Dyfrakcja światła staje się dobrze widoczna po skierowaniu wiązki na bardzo wąską szczelinę. Za szczeliną powstaje charakterystyczny obraz dyfrakcyjny z jasnymi i ciemnymi obszarami, nazywanymi maksimami i minimami. Ich układ jest skutkiem nakładania się fal wychodzących z różnych części szczeliny. Długość fali oraz szerokość otworu wpływają na kąty, pod jakimi pojawiają się prążki.

Z dyfrakcją ściśle wiąże się interferencja, ale oba pojęcia nie oznaczają tego samego. Dyfrakcja opisuje ugięcie i rozprzestrzenianie się fali na przeszkodzie lub otworze, natomiast interferencja oznacza nakładanie się fal prowadzące do ich wzmacniania albo wygaszania. W obrazie dyfrakcyjnym oba zjawiska często występują razem, ponieważ ugięte części tej samej fali mogą później ze sobą interferować.

Siatka dyfrakcyjna oraz znaczenie zjawiska w optyce i fotografii

Do badania światła wykorzystuje się między innymi siatkę dyfrakcyjną, czyli element zawierający dużą liczbę bardzo gęsto rozmieszczonych szczelin lub rys. Po przejściu przez taką strukturę światło rozdziela się pod określonymi kątami zależnymi od długości fali. Dzięki temu siatka dyfrakcyjna może rozdzielać światło o różnych barwach i jest wykorzystywana w spektrometrach. Podobne zasady pozwalają analizować również promieniowanie o długościach fal niewidocznych dla ludzkiego oka.

Dyfrakcja ma znaczenie także w fotografii i konstrukcji układów optycznych. Po mocnym przymknięciu przysłony otwór w obiektywie staje się mały, a ugięcie światła może zmniejszać ostrość drobnych szczegółów obrazu. Efekt ten określa się jako limit dyfrakcyjny lub rozmycie dyfrakcyjne i jest jednym z czynników ograniczających zdolność rozdzielczą obiektywów, mikroskopów i teleskopów. Wielkość wpływu dyfrakcji zależy między innymi od długości fali, średnicy otworu i parametrów układu optycznego.

Zjawisko można dostrzec również poza laboratorium, na przykład w rozchodzeniu się dźwięku za narożnikiem albo fal wodnych po przejściu przez przerwę w falochronie. Dyfrakcja pokazuje falową naturę światła i innych rodzajów promieniowania, a jej analiza pozwala wyjaśniać powstawanie prążków, ograniczenia ostrości i zachowanie fal przy przeszkodach. Pojęcia powiązane z tym terminem to obraz dyfrakcyjny, siatka dyfrakcyjna, interferencja, długość fali, maksimum i minimum dyfrakcyjne oraz limit dyfrakcyjny.