In dit artikel verkennen we de fascinerende wereld van Diffractie en alles wat het te bieden heeft. Vanaf zijn oorsprong tot zijn impact op de hedendaagse samenleving, via zijn toepassingen op verschillende gebieden, is Diffractie lange tijd het voorwerp van interesse en studie geweest. Op de volgende pagina's zullen we alle aspecten die verband houden met Diffractie grondig analyseren, waardoor een complete en gedetailleerde visie ontstaat die ons in staat stelt het belang en de invloed ervan op ons dagelijks leven beter te begrijpen. Ga met ons mee op deze rondleiding door Diffractie en ontdek alles wat dit thema te bieden heeft.
Diffractie is het afbuigen van een golf langs een ondoordringbaar obstakel. Meestal gaat het om de zijdelingse verbreding door interferentie van een golf die een opening in een ondoordringbaar scherm passeert.
Diffractie is een kenmerkend effect van golfvoortplanting, voorbeelden van diffractiegolven en -fenomenen zijn:
Het is waarneembaar als de afmetingen van de obstakels klein zijn ten opzichte van de golflengte. De afbeelding toont twee relatief nauwe spleten in een scherm, waarachter de golven alle richtingen op buigen. Naarmate de openingen breder zijn, kan de golfvoortplanting steeds beter met stralentheorie beschreven worden, zodat we spreken van geometrische optica.
Diffractie wordt op verschillende manieren gebruikt:
Een algemene, 'strenge' diffractietheorie werd opgezet door Augustin Fresnel. Die theorie maakt gebruik van de fresnelintegraal. Deze strenge theorie is sindsdien aanzienlijk uitgewerkt, waaraan meestal zeer gecompliceerde wiskunde te pas komt.
Bij buiging binnen afmetingen die groot zijn ten opzichte van de rayleighafstand is de eenvoudiger theorie van Joseph von Fraunhofer toepasbaar. Deze maakt gebruik van de fouriertransformatie in een tweedimensionaal afbeeldingsvlak.
Als de invallende lichtbundel divergeert, dat wil zeggen vanuit een nabijgelegen bron komt, spreekt men van fresneldiffractie. Komt het licht van een ver weg gelegen bron, zodat de bundel evenwijdig is, dan spreekt men van fraunhoferdiffractie.
Bij obstakels op zee, bijv. bij een golfbreker of een kaap buigen de golven cirkelvormig rond dat obstakel. Hierdoor verandert de golfrichting en vermindert de golfhoogte. De golfperiode verandert hierdoor niet. Bij het ontwerpen van waterbouwkundige constructies is het belangrijk om goed met diffractie rekening te houden. In de laatste figuur is een beeld gegeven van de diffractie bij een golfbreker (de gele lijn in de figuur). Achter de golfbreker ontstaat een cirkelvormig patroon, de golven zijn hier veel lager dan de golven links van de golfbreker. Op de schaduwlijn (de blauwe lijn) is de golfhoogte ongeveer de helft van de inkomende golfhoogte. De golfhoogte buiten de diffractiezone (dus aan de onderkant van de figuur) is iets lager dan de oorspronkelijke golfhoogte, maar dat reductiegebied is heel klein. Berekening van diffractie bij golfbrekers is lastig, omdat de meeste simpele modellen van een vaste golfperiode uitgaan (en niet van een energiespectrum), er geen richtingsspreiding zeewaarts van de golfbreker aangenomen wordt, en de waterdiepte in het gehele gebied constant verondersteld wordt.
Voor regelmatige golven bij havendammen en of openingen bestaan ontwerpgrafieken waarop de diffractiecoëfficient kan worden afgelezen. waarin is de golfhoogte buiten de golfbreker en de golfhoogte achter de golfbreker.. Deze grafieken worden geschaald op basis van de golflengte. In bijgaand voorbeeld van diffractie achter een golfbreker is de horizontale schaal in eenheden van (lokale) golflengte.