Rejillas de difracción

La difracción y la interferencia se combinan en la producción de efectos desusados cuando la luz pasa por orificios pequeños o rodea obstáculos pequeños. La difracción hace que las ondas se abran a partir de los bordes del orificio o del obstáculo en cuestión, y la interferencia se produce allí donde se encuentran las ondas. Según la distancia que haya desde los bordes, las ondas o se refuerzan mutuamente o se anulan, produciendo diseños de claroscuro.

Cuando un disco pequeño es iluminado por una fuente de luz distante, unas débiles franjas marginales circulares se introducen en su sombra, al difractarse las ondas luminosas en tomo a los bordes del disco e interferir. Se produce un punto de luz en el centro de la sombra, porque los rayos interferentes que llegan allí desde los bordes del disco recorren la misma distancia y se refuerzan mutuamente. Se da un efecto similar iluminando una estrecha rendija con una sola fuente de luz. Se forma del lado opuesto de la rendija una brillante franja, extendiéndose de cada lado dentro de la sombra franjas paralelas de luz y sombra.

Esos efectos se acusan más cuando las dimensiones de la ranura o de cualquier orificio son similares a la longitud de onda de la luz (entre una millonésima y una diezmillonésima de metro). Se acusan al máximo cuando la luz pasa por una serie de orificios, al coincidir los efectos de difracción e interferencia producidos por orificios adyacentes. Se puede observar ese fenómeno mirando una bombilla o la llama de una vela a través de una malla fina, por ejemplo, un pañuelo. Se pueden ver imágenes múltiples de la fuente de luz al difractarse los rayos procedentes de ella en los lados de los orificios de la malla, produciendo la interferencia regiones de luz y sombra, que se traducen en la formación de varias imágenes a los lados de la fuente de luz.

Estos efectos se utilizan en las rejillas de difracción. Son placas de vidrio surcadas por una malla de líneas finísimas, concretamente de 5000 a 10000 por centímetro. Los rayos de luz que pasan por los intersticios de las líneas de la rejilla se difractan en un grado exacto, lo que se traduce en la formación de imágenes múltiples a los dos lados de la imagen central. El ángulo de desplazamiento de las imágenes con respecto del centro se relaciona con la longitud de onda de la luz, y las rejillas de difracción proporcionan a los físicos un medio muy preciso para averiguar las longitudes de onda.

Además, como el grado de desplazamiento se relaciona con la longitud de onda, una rejilla de difracción produce varios espectros a partir de una fuente no monocromática. Los rayos rojos, al ser de longitud de onda mayor, se difractan más que los azules, y, por esta razón, el orden de los colores se invierte en comparación con los de un espectro producido por un prisma de vidrio (en el que el azul se refracta más que el rojo).

En los estudios espectrográficos se da preferencia a las rejillas de difracción frente a los prismas. Una rejilla distribuye las longitudes de onda con regularidad -a diferencia de un prisma-, dando mayor poder de resolución en la separación de líneas espectrales muy contiguas. Se puede utilizar una gratícula sobre metal, consistente en un espejo súrcado por microlíneas, en el caso de las longitudes de onda (como la infrarroja y la ultravioleta), que son absorbidas por el vidrio. Se puede ver uno de esos espectros en los microsurcos de un disco.

Una rejilla de difracción descompone la luz blanca en una serie de espectros debido a que difracta la luz roja, de longitud de onda larga, más que la violeta, de longitud de onda corta. Los espectros de primer orden -uno a cada lado del rayo central no difractado- son los más estrechos y brillantes. En ángulos más abiertos se sitúan espectros de segundo, tercero e incluso cuarto orden, que se pueden superponer. La fotografía de la llama de una vela (abajo), tomada a través de una rejilla, muestra claramente los espectros de primer orden.