回折

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回折

回折(かいせつ、英語:diffraction)とは媒質中を伝わる波(または波動)に対し障害物が存在する時、波がその障害物の背後など、つまり一見すると幾何学的には到達できない領域に回り込んで伝わっていく現象のことを言う。1665年にイタリアの数学者・物理学者であったフランチェスコ・マリア・グリマルディにより初めて報告された。 障害物に対して波長が大きいほど回折角(障害物の背後に回り込む角度)は大きい。

回折は音波、水の波、電磁波(可視光やX線など)を含むあらゆる波について起こる。単色を十分に狭いスリットに通しスクリーンに当てると回折によって光のあたる範囲が広がり、干渉によって縞模様ができる。この現象は、量子性が顕著となる粒子のビーム(例:電子線中性子線など)でも起こる(参照:物質波)。電子線や中性子線などを結晶などに当てて得られる回折図形から結晶構造の解析を行うことができる。これは電磁波であるX線でも同様な結晶構造の解析を行うことができる。それぞれ電子回折法中性子回折法X線回折法として結晶構造の解析手法が確立されている。写真撮影においても、絞りを小さく絞ると光の回折現象により画像の鮮明さが低下する。この現象については小絞りボケの項を参照されたい。

レーザーの伝播[編集]

レーザーは伝播する際に、回折によりその変化の仕方が決まる。レーザーの出力ミラーが開口部になっており、その開口部によって光線の形は決定される。それ故に、出力の光線が小さいほど光線は早く分岐することになる。ダイオードのレーザーがHe-Neレーザーよりも大きく分かれるのはこれが原因である。 しかし逆に、このレーザーの放散は抑えることができる。まずレーザーを、凸レンズを用いて拡張させる。次に二つ目の凸レンズでレーザーを平行になおす。このとき焦点は一つ目のレンズに合うようにする。この結果、レーザーの開口部が大きくなるので、光線の放散は抑えられる。

回折格子[編集]

回折格子は、標準的な回折の可視的要素である。格子により回折が起こった光の形は、格子の成分の構造と数によって決まるが、すべての縞には限界強度が存在し、角度\theta _\mathrm{m}のとき以下の方程式により与えられる。

d\left(\sin{\theta_\mathrm{m}} - \sin{\theta_\mathrm{0}}\right) = m \lambda

このとき\theta_\mathrm{0}は光の入射角、dは格子成分の同士の距離、そしてmは正負の整数を表す。 回折が起こった光は、回折格子の各成分により回折が起こった光が合わさることで観察され、本質的には回折と干渉パターンの畳み込みである。

関連項目[編集]