Im Allgemeinen versteht man unter Beugung (manchmal auch als Diffraktion bezeichnet) die Ablenkung von “Wellen” an einem Hindernis. Die Beugung von geradlinigen Ausbreitung von Wellen (Wellen können u.a. Wasser-, Schall-, Lichtwellen sein) tritt auf, wenn die Welle auf einen Gegenstand trifft oder durch einen Spalt “geht”. Die Beugung kann nach dem Huygensschen Prinzip beschrieben werden.
Wie bereits in den einführenden Kapiteln erklärt, bedeutet “Beugung”, dass einer Welle ein Hindernis im Weg steht, so dass ein nur ein Teil der Wellenfront am Hindernis vorbeikommt und ein Teil der Wellenfront nicht.
Mit Hilfe des Huygens´schen Prinzip ist es möglich, die Lichtverteilung hinter dem Hindernis zu zu bestimmen (vor dem Hindernis breiten sich die Wellen in alle Richtungen gleichmäßig aus). Das Huygens´sche Prinzip besagt dabei , dass die Lichtwelle hinter einem Hindernis so weiterläuft, als ob von jedem Punkt der Öffnung eine (neue Elementar)welle ausginge. Diese Elementarwellen breiten sich im gleichen Medium mit der gleichen Geschwindigkeit aus, wie die ursprüngliche Welle.
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, tritt die Lichtbeugung auf, wenn Licht auf ein Hindernis trifft, die möglichen Hindernisse kann man als Einzelspalt, Doppelspalt oder Mehrfachspalt (Gitter) sehen, je nach Art des Hindernisses.
Erklärung:
Bis zum Hauptmaximum haben beide Wellenfronten (nach dem Spalt) dieselbe Weglänge zurückzulegen und sind daher phasengleich (= Wellenberg trifft auf Wellenberg bzw. Wellental auf Wellental), was zu einer konstruktiven Überlagerung führt und dabei ein Maximum entsteht. Links und rechts nahe am Maximum, ist die Überlagerung der beiden Wellenfronten nicht mehr exakt phasengleich (unterschiedliche Weglänge), dennoch tritt immer noch Verstärkung auf. Geht man noch weiter links und rechts vom Maximum weg, so wird die Verstärkung immer geringer und geht ab einem gewissen Punkt in eine Abschwächung über, bis sich im Falle einer Phasenverschiebung von 180° ein Minimum ergibt (Wellenberg und Wellental addieren sich).
Anmerkung:
Die Beugung von Lichtwellen im Alltag wird meist nicht wahrnehmen. Dies liegt daran, dass das Phänomen der “Beugung” erst (mit bloßem) sichtbar ist an Hindernissen, deren Größe in etwa der Wellenlänge entspricht, d.h. ist das Hindernis deutlich größer als die Wellenlänge, so spielt die Beugung kaum eine Rolle.
Die Beugung von Licht an einem Hindernis ist ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn Lichtwellen auf ein Objekt treffen und um es herum gebogen werden, was zu einer Änderung der Ausbreitungsrichtung des Lichts führt.
Das Huygens’sche Prinzip besagt, dass jeder Punkt, den eine Welle erreicht, als eine Quelle sphärischer Wellenfronten betrachtet werden kann. In Bezug auf die Lichtbeugung bedeutet das, dass jede Welle von jedem Punkt des Hindernisses ausgeht und in alle Richtungen beugt.
Die Wellenlänge des Lichts hat einen starken Einfluss auf die Beugung. Langwelliges Licht (z.B. rotes Licht) wird stärker gebeugt als kurzwelliges Licht (z.B. blaues Licht).
Muster von Licht- und Dunkelzonen (Beugungsfiguren) und die Farbenbildung bei Regenbögen sind Beispiele für Phänomene, die durch Lichtbeugung erklärt werden können.
Bei der Lichtbeugung wird das Licht um ein Objekt herum gebogen und ändert seine Ausbreitungsrichtung, während bei der Lichtreflektion das Licht vom Objekt abprallt und in eine neue Richtung reflektiert wird.
Die Fourier-Theorie, oder genauer das Fourier-Theorem, ist das mathematische Modell, das Beugungserscheinungen beschreibt.
Wenn Licht durch einen Spalt auf eine Fläche trifft, beugt es sich und erzeugt ein Interferenzmuster auf der Fläche, das aus hellen und dunklen Bereichen besteht.
Die Beugung von Licht wird in vielen Technologien genutzt, z.B. in Lasern, Mikroskopen, Brillen, Kameralinsen und anderen optischen Geräten.
Die Beugungsordnung ist die Nummer, die den hellen Beugungsstreifen in einem Beugungsmuster kennzeichnet. Der mittlere Streifen wird als nullte Ordnung bezeichnet, die beiden benachbarten Streifen als erste Ordnung, und so weiter.
Die Beugung von Licht hängt stark von der Größe des Hindernisses ab. Wenn das Hindernis klein im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts ist, wird das Licht stark gebeugt.