豆電球の光を回折格子に入射させると？

質問

大学の基礎物理学実験で、反射型回折格子にHe-Neレーザーを入射させ、干渉縞を観察しました。

実験自体は順調に進んだのですが、表題にある問題を出され、困っています。

電球から出る光はコヒーレントではない（可干渉性がない）と思うので、干渉は起きずに反射光のみがスクリーンにうつるのでは・・・と考えているのですが、この根拠である「豆電球の光はコヒーレントか？」という事がいくら文献を調べても載っていません。
ご存知の方いらっしゃいますか？

また、上の推論は正しいのでしょうか？どうか教えてください。

回答No.4

rukuku

はじめまして

大学の理学部卒です。学生の頃そんなことを勉強したという記憶を頼りの回答です。

ＣＤやＤＶＤの記録面（いろいろと印刷されている面の反対側）を見たことありますか？
ＣＤやＤＶＤの記録面は精度はちょっと落ちますが、反射型回折格子と同じ働きをします。

豆電球の光や太陽光では「７色」が見えます。
蛍光灯の光ですと、みためは豆電球や太陽光と同じ「７色」なのですが、よく見ると特定の色が強く見えます（蛍光灯のメーカーや型番によって強く見える色は異なります）。

ということは、豆電球や太陽光、蛍光灯の光であっても「“干渉縞”は観測できる」ということになります。
…レーザーの場合「単色」ですのでその色の部分だけがポツンポツンと光りますが、豆電球等の光では７色の縞模様になります。

では、豆電球の光で、スクリーンに「７色」を映し出せるかというと、残念ながらそうはいきません。
このあたりが「コヒーレント」の度合いによります。

レーザー光の場合はコヒーレントの度合いが高いので、スクリーンに干渉縞を映すことができます。レーザー光のコヒーレントの度合いが高いのは、レーザー光の「発生原理」によるが一番の理由です。
また、「発光の面積」が狭いというのも、コヒーレントの度合いを高めるには有利です。「発光の面積」が広いと、進行方向のほんのわずかな違いで隣の光源からの光と混ざってしまいます。

豆電球の光の場合は、「発光原理」と「発光の面積」の両面でレーザー光にくらべコヒーレントの度合いは小さくなります。
jikoilさんの予想通り、スクリーンに干渉縞を映し出そうとしても、距離が大きくなれば光が混ざり合ってしまうので干渉縞は見えず、反射光が映し出される事になるかと思います。

豆電球の光でも、スリットを通して「同じ方向に進む光」だけを取り出せば、「７色」をスクリーンに映し出せると思います。
…豆電球ではかなり暗くなりますので、実際には１００Ｗくらいの電球が必要になると思います。

回答No.3

tance

専門家ではないので、あくまでヒントですが、「可干渉距離」という
キーワードで検索してみてください。

回答No.2

Mr_Holland

電球から出る光はインコヒーレントと見なしても良いと思います。

＜現実には完全にコヒーレントな光は存在しないが、レーザー光は空間的にも時間的にも非常にコヒーレンスの高い光である。そのため、しばしば、コヒーレントであると表現される。逆に太陽光や電球、蛍光灯の光はコヒーレンスの低い、完全インコヒーレントに近い光である。このような光は、しばしばインコヒーレントであると表現される。コヒーレントとインコヒーレントの中間の状態を、部分コヒーレントと表現する。＞
出典:　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%92%E3%83%BC%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%B9

　ただし、この問題ではコヒーレントか否かだけでなく、光源の波長にも注意する必要があると思います。

回答No.1

teapots08

自分の勉強している分野とは違いますので、軽く受け止めてください。

> 豆電球の光はコヒーレントか？
http://kumiko47.exblog.jp/1956223/
さまざまな波長が含まれていることと、位相がそろっていないことを説明すればいいと思います。
レーザーを使わなくてはいけない理由と一致するのでは？

> 上の推論は正しいのでしょうか？
http://www.aichi-c.ed.jp/contents/rika/koutou/buturi/bu3/kaiset/kaiset.htm
的外れかもしれませんが、上のサイトによると、何か模様が出るみたいですね。
波長ごとに干渉縞の出来る位置を考えてみると、その位置がずれてくる(....と思う。)
ので、虹模様がいくつか現れるのではないでしょうか。