Lezione di Ottica Ondulatoria: Diffrazione e Risoluzione Ottica

Introduzione alla Diffrazione

• Definizione: Fenomeno ondulatorio che si manifesta quando un'onda incontra un ostacolo.
• Tipi di onde: Suono, onde di materia, onde di luce.
• Caratteristiche principali: Ogni volta che un'onda investe un ostacolo, il fronte d'onda interferisce, creando una figura di diffrazione.
• Interferenza vs Diffrazione:
  • Interferenza: Sovrapposizione di poche onde.
  • Diffrazione: Sovrapposizione di molte onde da una sorgente coerente.

Principio di Huygens–Fresnel

• Descrizione: Ciascun punto di un fronte d'onda si comporta come una sorgente puntiforme secondaria.
• Applicazione: Spiega la propagazione dell'onda nello spazio e nel tempo.

Diffrazione da Singola Fenditura

• Fenomenologia:
  • Apertura grande rispetto alla lunghezza d'onda: Propagazione rettilinea.
  • Apertura confrontabile o più piccola: Si nota l'incurvamento del fronte d'onda.
• Osservazione sperimentale:
  • Figura di diffrazione con bande chiare e scure.

Regimi di Diffrazione

• Diffrazione di Fresnel: Sorgente e schermo a distanza finita.
• Diffrazione di Fraunhofer: Sorgente e schermo a distanza infinita o uso di lenti convergenti.

Diffrazione da Apertura Circolare

• Effetti osservati: Disco centrale luminoso circondato da anelli scuri e chiari.
• Formula per l'angolo: $\sin(\theta) = 1.22 \frac{\lambda}{d}$.

Risoluzione Ottica degli Strumenti

• Limitazioni: La diffrazione limita la nitidezza delle immagini.
• Criterio di Rayleigh: Due sorgenti sono separate se il centro della figura di diffrazione di una è esterno alla prima frangia scura dell'altra.
• Potere risolutivo: Proporzionale al diametro dell'apertura diviso la lunghezza d'onda.

Reticoli di Diffrazione

• Descrizione: Dispositivi con un grande numero di fenditure parallele.
• Utilizzo: Producono figure di diffrazione con massimi intensi e ben distanziati.
• Reticoli di riflessione: Funzionano per riflessione come nel caso di CD o DVD.

Osservazioni Pratiche

• Esempi quotidiani:
  • Tessuti che formano una trama regolare.
  • Vetro appannato con goccioline d'acqua.

Conclusioni

• La diffrazione è un fenomeno fondamentale per comprendere la propagazione delle onde e la risoluzione degli strumenti ottici.