光学
光の回折
ホイヘンスの波源から合成される単一スリットのフラウンホーファー回折を観察し、極小条件 と中央極大の幅 を確かめます。
⚠ レーザーポインターで再現する場合、ビームを目や反射面に向けないでください。回折パターンは拡散スクリーンに投影するのが最適です。
器具
- ホイヘンスの副波源を持つスリット面と強度スクリーン
- スライダー「波長 λ」「スリット幅 a」「スクリーン距離 L」
- 「パラメータリセット」ボタン
手順
回折パターンの形成を見る
既定の設定のまま、スリットからのホイヘンス波がスクリーン上で干渉する様子を見ます。明るい中央極大の両側に対称な極小と弱い側極大が並びます。強度プロファイルを読み、第一極小を見つけましょう。
スリットを狭める
スリット幅スライダー a を小さくするとパターンが広がります — 直感に反し、狭いスリットほど強く回折します。第一極小の角度を読み と照合します。a を半分にすると幅 は 2 倍になるはずです。
λ と L を変える
波長スライダー、次にスクリーン距離 L を動かします。パターン全体は両者に線形に比例し、 です。一つの設定で測った中央幅から でスリット幅を求め、スライダー値と照合しましょう。
シミュレーション
実験の歴史
フランチェスコ・マリア・グリマルディは障害物を回り込む光を観察し、「回折」という語を造りました。死後1665年に出版された著作には縞模様の記述もあります。ニュートンもこの現象を検討しましたが、光の粒子説で解釈し、波動説の受容を遅らせました。
オーギュスタン＝ジャン・フレネルの1818年の受賞論文はホイヘンスの原理と干渉を統合し、回折パターンを定量的に計算しました — 有名なポアソン斑点の検証が実験的に確認しました。その後1820年代のフラウンホーファーの回折格子研究が、回折を波長測定の精密道具に変え、現代分光学の祖となりました。