Diffraktio
Vaikutus optisten laitteiden erotuskykyyn

Linssivirheiden kuten palloaberraation ja väriaberraation ohella myös diffraktio rajoittaa esimerkiksi kaukoputkien ja erityisesti erilaisten mikroskooppien erotuskykyä eli resoluutiota, jolla tarkoitetaan niiden kykyä erottaa toisistaan tarkasteltavia kohteita. Maapallon pinnalla olevia tähtitieteellisiä kaukoputkia rajoittavat tosin merkittävästi myös maan ilmakehän aiheuttamat häiriöt, joka voidaan korjata viemällä kaukoputki ulos ilmakehästä vaikkapa satelliittiin (esimerkiksi Hubble-avaruusteleskooppi). Ilmakehän häiriöt voidaan poistaa käytännössä kokonaan käyttämällä radioteleskooppia.
Aberraatiovirheet voidaan teoriassa poistaa linssistä kokonaan, mutta diffraktio rajoittaa tällaisen kuvitteellisen virheettömän linssin erotuskykyä fysiikan lakien tasolla. Virheetöntä linssiä kutsutaan siksi diffraktiorajoitetuksi linssiksi, sillä diffraktion vaikutusta ei voida poistaa edes teoriassa.
Diffraktio linssissä johtuu siitä, että esimerkiksi valon saapuessa linssiin, toimii linssi kuin pyöreä reikä rakolevyssä. Linssi on siis valolle eräänlainen este, jolloin diffraktiota tapahtuu väistämättä. Tämän vuoksi diffraktiorajoitetulla kaukoputkella katsottaessa erittäin kaukaiset ja siten hyvin pieneltä näyttävät tähdet näyttävät häränsilmämäisiltä interferenssikuvioilta pyöreiden pallojen sijaan. Erittäin pienet kohteet mikroskoopilla katsottaessa näyttävät myös samankaltaisilta. Minkä kokoisia nämä tähtien, mikroskooppisten kappaleiden tai muiden kohteiden interferenssikuviot ovat, riippuu niistä diffraktiorajoitetulle linssille tulevan sähkömagneettisen säteilyn aallonpituudesta, mutta myös linssistä seuraavan yhtälön mukaisesti
w_{min}\approx {\frac {2.44\lambda f}{D}}
Vastaavasti linssin kautta voidaan lähettää sähkömagneettista säteilyä johonkin pisteeseen. Yllä oleva kaava kertoo, minkä kokoiseen pyöreään alueeseen säteily voidaan tarkasti kohdentaa diffraktiorajoitetulla linssillä. Tällä on merkitystä esimerkiksi prosessorien valmistuksessa, joka tehdään optisella litografialla. Litografiassa käytetään muottina toimivaa valokuvamaskia, johon on "piirretty" tummin ja läpinäkyvin aluein prosessoriin tehtävät komponentit. Valokuvamaski toimii sähkömagneettista säteilyä (yleensä käytetään UV-säteilyä) kohdentavana linssinä, joka kohdentaa nämä kuviot puolijohdemateriaalista tehtyyn erittäin sileään levyyn paljon maskia pienemmälle alueelle. Materiaali on käsitelty aineella, joka syövyttää eli etsaa säteilyä saaneita alueita, mutta varjoalueet jäävät syöpymättä. Hallitulla etsauksella saadaan puolijohteeseen tehtyä mikroskooppisen pienet kolmiulotteiset johdinkuviot. Prosessorien tehostamiseksi suhteessa niiden kokoon (katso Mooren laki), täytyy litografian valokuvamaskilla kohdentaa säteilyä yhä pienempiin kohteisiin. Säteilyn aallonpituus kuitenkin rajoittaa yllä olevan kaavan mukaisesti maskilla saatavien johteiden kokoa ja siten prosessorien laskentatehoa. Prosessorien tehoa rajoittavat tosin monet muutkin käytännön ja teoreettiset tekijät.
Suhteessa linssin keskiöön, on linssillä tarkasteltavien kohteiden välillä jokin kulma. Kohteiden välisen kulman pienentyessä kylliksi, sulautuvat kohteiden interferenssikuviot toisiinsa, jolloin ei enää voida nähdä onko kohteita yksi vai kaksi. Jos diffraktiota ei olisi, voitaisiin kuvaa teoriassa aina vain suurentaa toisin linssein. Tällöin pienimmätkin ja läheisimmätkin kohteetkin erottuisivat toisistaan kunhan niiden välinen kulma ei olisi nolla, jolloin kohteet olisivat perättäin suhteessa linssiin tai samassa pisteessä.
Pienin likimääräinen kulma, jossa olevat kohteet diffraktiorajoitetulla linssillä voidaan erottaa toisistaan, saadaan yhtälöllä
\theta _{min}\approx {\frac {1.22\lambda }{D}}
Jos kohteiden välinen kulma α on α > θmin tai α = θmin, voidaan kohteiden sanoa erottuvan toisistaan. Jos α < θmin, eivät kohteet erotu toisistaan, sillä niiden interferenssikuviot ovat sulautuneet yhteen. Näitä erotuskyvyn sääntöjä eli kriteereitä kutsutaan Rayleighin kriteereiksi (eng. Rayleigh criterion), sillä ne kehitti Lordi Rayleigh. Muita erotuskyvyn sääntöjäkin tosin on.
Esimerkiksi erittäin hyvinkin valmistettujen tavallisten valomikroskooppien erotuskyky on rajoittunutta näkyvän valon aallonpituuden vuoksi yllä olevien kaavojen mukaisesti. Liian pienet ja lähekkäiset kohteet näkyvät mikroskoopilla "puuroutuneina", eli toisiinsa sotkeutuneina interferenssikuvioina.