干渉縞と回折点

質問

基本的なことかと思うのでお恥ずかしいのですが
お尋ねします。

高校物理で、スリットを通った光が干渉して
スクリーンに干渉縞を作る実験をみました。

大学で、X線回折を習ったときに、干渉した結果、
斑点状の回折点が出ている写真を教科書で見ました。

どのようなときに、縞模様になり、斑点になるのでしょうか？

回答No.1

walkingdic · ベストアンサー

光もＸ線も同じ電磁波ですから、性質としては同じです。
回折像の違いは、回折させるものの形状（ミクロな形状）によります。

Ｘ線の場合には結晶構造という立体的なものの構造により特定方向に回折することと、入射するＸ線もビーム状なので点になります。

一方でスリットによる回折では２つのスリットからの回折光同士が干渉し、そのスリット自体は２次元構造に過ぎないのでその構造を反映した干渉縞が生じます。

つまり電磁波（に限りませんが）の回折では対象物がなんであるのか、またどのような光を入射したのかというのが極めて重要になり、それにより見え方が変わるのです。

ちなみにダブルスリット（スリットを２つ並べる）実験でも入射させる光をスリットに直交したシート状にしてあげれば、干渉縞は点が離散的に並んだ形になります。

回答No.2

hitokotonusi

ここでいう縞模様は、いわゆるヤングの実験、二重スリットによる干渉縞のことだと思いますが、これを“縞”として認識している要因はおそらく二つあるはずです。

(1)帯状になっている
(2)明るさが明部から暗部へ連続的に変化している

この二つは別の原因によるもので、(1)はスリットの形状、(2)はスリットの数が問題となります。

ヤングの実験では短冊形のスリットが“｜｜”と並んでいるので、帯状に干渉縞が見えますが、“＃”のように縦横二本づつを十字に組み合わせると、帯ではなく、碁盤の目のような干渉縞が見えるはずです。

次に、ヤングの実験で二本だったスリットを間隔を狭くしてもっとたくさん“｜｜｜・・・｜｜｜｜”のように並べます。するとスリットの数が増えるにしたがって明部の巾がどんどん狭くなり、十分たくさんのスリットが並ぶと回折図形は縞ではなく、縦棒がとびとびに並んだものになります。(レーザーのような絞った光源の場合は縦棒が点になります)これが回折格子です。

結晶による回折では、この二つの効果が合わさった結果、斑点になって見えます。回折格子でも十字に組み合わせた碁盤のような回折格子を使うと、回折図形はやはり斑点になります。