光の振動について

質問

水面ではまったく振動しない場所が干渉によりできることは理解できます。
では光（電磁波）では同様に干渉させたとき完全に打ち消しあって光の振幅がなくなることはあるのでしょうか？電磁波はお互い直行する電場と磁場からできているということを考えると2次元内での打ち消しあいを考えればいいということではすみそうにないです。どうでしょう？

回答No.5

CaF2 · ベストアンサー

どうも、付け足しの解説になれば・・・と思いまして
書き込んでみます。

　学生時代、２光束型の干渉計（マイケルソンや、マッハツェンダーなど）
で、干渉縞をだして、色々計測する実験をしていた時、

　「もし、２光束の波面が、ちょうど１８０度（＝λ／２）ずれたら、
完全に２つの光はうち消しあって真っ黒になっちゃう・・・
　じゃ、この時、光のエネルギーはどこへ行っちゃうんだろう？」

って疑問にかなり悩みました。

　最初は、
「そんなに、厳密に位相を合わせることは不可能だから、それは許されない
　条件なんだ・・・」
　とか
「無限の遠方では、光路差が積み重なって、エネルギーが復活するから
問題ないんだ・・・」
　なんていう、半可通な理解をしていたんですが、実は全然違います。

　もし、光の一つの出口で、完全に２光束の位相を反転させられたら、
他方の出口では、干渉計内のビーム分割鏡による位相反転で、必ず光は
強めあうように位相が回るんですね・・・。
　自然は、必ずエネルギー保存の法則を守ろうとするもののようです。

　では、位相が不完全に回る金属ミラーではどうなのか？、エタロンや
無反射コートのような、多光束干渉ではどうなのか？とゆ～のは、
ちょっと歯ごたえがある問題でしょうか！？。

　また、光の干渉により、ある一つの出口にでてくる光を無くしたり
出したりするという手法は、光導波路の光スイッチ技術として実用化
されています。

　注目していただきたいのは、干渉が、縞になったり、干渉計の出口
ごとに強さが違うということは、光の波長よりも、はるかに広い範囲で
エネルギーの保存が成り立っていれば、近傍でエネルギーが増減しても
許されるという事です。
　そして、光という素粒子の振る舞いを、原子の集合体である、ガラスや
鏡というマクロな物理構造で制御できるというところも、かなり不思議な
事だと感じることができると思います。

　質問のご意図を、はずしていたら、すみません。
では。

回答No.4

noname#11476

>では光（電磁波）では同様に干渉させたとき完全に打ち消しあって光の振幅がなくなることはあるのでしょうか？
はい。通常おきる光の干渉ではそのようになります。

ご質問の趣旨は、光の場合、進行方向に対して直行して磁場と電場の波であるから、３次元的に考えないといけない。
すると、電場も磁場もきっちり合わせなければならないからそんなことができるのだろうか?という疑問ですか？

大変よい着眼点だと思います。
まず、電磁波の場合、磁場の振動が電場を誘起し、電場の振動が磁場を誘起するという相互関係で成り立っています。
つまり、電場もしくは磁場のどちらかがたとえば吸収で失ってしまうと、磁場又は電場も同時になくなるわけです。
一般には光を透過する物質は磁場に対してはほとんど相互作用しませんので、通常は電場の方だけに注目しています。

さて、干渉の場合も同じで、電場に対して打ち消しあう条件にすると、電場の振幅がなくなりますので、同時に磁場の振幅もなくなります。
これで電場だけを考えればよいことになるわけです。

では3次元の空間で電場を打ち消しあう条件について考えてみましょう。

たとえば、直交座標系X,Y,Zを考え、電場の振幅方向がY方向であり、X,Z方向の異なる2つの波を考えます。
(たとえば、Z軸正の方向に進む光で、Z軸に対して θだけ +X方向の波と -X 方向の波)
これは電場の方向に関してはどちらの光も同じなので、強めあうところ、打ち消しあうところが発生し干渉縞が発生します。
イメージするとおわかりのように結局水の波と何ら変わりがないからです。(Y方向が重力方向とすればよいわけですから)

一方たとえば、片方の偏光方向がY方向のままに、もう片方をX,Z平面に平行にすると、これはもはや干渉縞は観察されません。
強度的には均一になり、干渉縞のかわりに傾いた直線偏光、楕円偏光、逆に傾いた直線偏光、逆に傾いた楕円偏光のような面内で偏光状態が分布したものが得られます。

つまり実際に光を干渉させる場合は、単に光路差だけを考えればよいのではなく、実際には偏光方向も考慮する必要があるのです。
ただニュートンリングなどでは進行方向が一方向しかないので、どんな偏光の光がきても結果は同じになり、考慮しなくても済みます。

こんな感じで理解できましたか？

回答No.3

rei00

rei00 です。

　光の干渉についてのページ（ニュートンリング）を追加しておきます。「さまざまな光の干渉」には「ヤングの干渉実験」も出ています。

参考URL：

http://okumedia.cc.osaka-kyoiku.ac.jp/~masako/exp/newton/top.html

回答No.2

rei00

「ニュートンリング」ってお聞きになった事はありませんか。光の干渉で生じるリング状の縞模様です。

　私も詳しい事は判りませんので，次のページを御覧下さい。他にもネット検索で多数ヒットします。

・http://www.gakugei-hs.setagaya.tokyo.jp/physics/NATU/MICHEL/michel.html
　マイケルソン干渉計

・http://cryst.instr.yamaguchi-u.ac.jp/phy-exp/12newton.html
　ニュートン環の実験

回答No.1

Mell-Lily

「ヤングの干渉実験」という実験があります。これは、ダブルスリットに単色光を通すと、経路差による位相差が生じ、スクリーン上に干渉模様ができるという実験です。電磁波には、磁場と電場の振動がありますが、この2種類の波の位相は完全に同期していますから、同時に打ち消し合ったり強め合ったりできるわけです。