18/41光の干渉と回折
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高校発展Chapter 189

光の干渉と回折

光も波なので、2つの波が重なると強め合いと弱め合いが起きる。ヤングの実験がその証拠。

#光の干渉#ヤング#薄膜干渉#回折格子#光の波動性

つまり「2つの波の経路差で強め合いか弱め合いかが決まる」

経路差 = nλ → 強め合い(明線)

経路差 = (n+½)λ → 弱め合い(暗線)


ヤングの二重スリット

縞間隔:

Δy=λld\Delta y = \frac{\lambda l}{d}

d = スリット間隔、l = スクリーンまでの距離

この式から波長λが求められる。


薄膜干渉

シャボン玉・油膜の色のしくみ。

注意: 屈折率の大きい媒質から小さい媒質に向かう反射では位相がπずれる(半波長ずれる)。


回折格子

格子間隔dの多数のスリットによる回折:

dsinθ=mλ(m=0,±1,±2,)d\sin\theta = m\lambda \quad (m = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots)

白色光を分光できる(プリズムより鮮明)。


💡豆知識

シャボン玉が虹色に見えるのは薄膜干渉だ。光の波長(約400〜700 nm)と石けん膜の厚さが同じオーダーのため、特定の波長の光が強め合い、他が弱め合う。膜の厚さが変化するたびに見える色が変わる。CDs(コンパクトディスク)の裏面が虹色に見えるのも同じ原理(回折格子と薄膜干渉の組み合わせ)。

よく間違えるところ

薄膜干渉の計算では「位相の反転」に注意が必要。屈折率の大きい媒質から小さい媒質に入るときの反射では位相が π ずれる(半波長分)。これを考慮しないと強め合い・弱め合いの条件が逆になる。問題ごとに「どこで反射するか」「そこで位相反転があるか」を確認する。

重要ポイント

まとめ

  • 強め合い:経路差 = nλ
  • 弱め合い:経路差 = (n+½)λ
  • 縞間隔:Δy = λl/d
  • 薄膜干渉:位相の反転に注意

まとめ

  • 強め合い:経路差 = nλ
  • 弱め合い:経路差 = (n+½)λ
  • 縞間隔:Δy = λl/d
  • 薄膜干渉:シャボン玉・油膜の色

// quiz

確認問題

Q1.ヤングの実験で明線が現れる条件はどれか?

Q2.シャボン玉が色づいて見えるのはなぜか?

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直流回路とキルヒホッフの法則

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