Rendija Simple de Fraunhofer

Esto es un intento de visualizar más claramente la naturaleza de la difracción por rendija simple. El fenómeno de la difracción consiste en la difusión de las ondas que han pasado a través de aberturas, cuyo ancho están en el orden de la longitud de onda de la onda. Se puede modelar la difusión de las ondas en el área de la sombra geométrica , considerando pequeños elementos del frente de onda en la rendija y tratándolos como fuentes puntuales.

Si la luz de elementos simétricos cerca de los bordes de la rendija viajan hacia la línea central de ésta como lo indican los rayos 1 y 2, llegan en fase y experimentan una interferencia constructiva. La luz de otros pares simétricos a la línea central también llegan en fase. Aunque hay un cambio progresivo en la fase a medida que se elige pares de elementos más cerca de la línea central, esta posición central es, sin embargo, la ubicación más favorable para la interferencia constructiva de la luz de toda la rendija y tiene la intensidad de luz más alta si la expresión de difracción de Fraunhofer es razonablemente aplicable. Si las condiciones D >> a y D >> a²/λ no se cumplen para esta combinación de ancho de rendija y distancia de pantalla, es posible que el resultado de la difracción de Fresnel no tenga la intensidad máxima en la línea central.

En función de los rayos 3 y 4, se puede visualizar el primer mínimo de intensidad de luz a través de una rendija simple. Se eligen el elemento junto al borde de la rendija y otro pasado justo el centro de la rendija. La condición para la intensidad de luz mínima es que estos dos elementos lleguen desfasados 180º o lo que es lo mismo media longitud de onda. Si estos dos elementos sufren una interferencia destructiva, entonces eligiendo pares adicionales de elementos espaciados identicamente conforme vamos progresando hacia abajo a través de la rendija, tendremos una interferencia destructivas de todos esos pares y por tanto un mínimo general de la intensidad de la luz.

Una de las características de la difracción de rendija simple es que para una rendija mas estrecha, tendremos un patrón de difracción mas ancho, como se ilustra abajo y que parece antiintuitivo. Una forma de visualizarlo es considerar que los rayos 3 y 4 deben alcanzar una diferencia de media longitud de onda en el recorrido de la luz y si la rendija es mas estrecha, los rayos necesitarán un mayor ángulo para conseguir esa diferencia.

Mas Ejemplos de Variación con el Ancho de la Rendija Los patrones de difracción se tomaron con un láser de helio-neón y una rendija simple estrecha. Los anchos de rendija usados fueron del orden de 100 micrómetros, de modo que sus anchos fueron 100 veces la longitud de onda del láser o más. Un ancho de rendija igual a la longitud de onda de la luz láser, llevaría el primer mínimo a 90º, de modo que no se podría observar. La relación entre el ancho de la rendija y el mínimo y máximo de difracción se puede explorar en el cálculo para rendija simple.

Estas imágenes de difracción de una sola rendija de Fraunhofer se tomaron con fuentes láser, que le brindan fácilmente las condiciones bajo las cuales se aplica la difracción de Fraunhofer, es decir, el rayo láser produce una distancia efectiva del objeto esencialmente infinita. Las condiciones de difracción de Fraunhofer también se pueden producir utilizando dos lentes, con una rendija de fuente colocada a la distancia focal de la primera lente y la pantalla de visualización colocada más allá de la segunda lente en su distancia focal. Esta disposición se muestra a continuación.

La disposición de la lente obliga al haz a ser paralelo al eje en la posición de la rendija de difracción.