光の干渉 わかりやすく

二つの点光源から同心円の波面が広がります。山と山が重なる場所をつなぐと明るい線(antinodal)になり、山と谷が出会う場所をつなぐと暗い節線(nodal)になります。模様の間隔は、二つの光源の間隔に反比例します。だから光源を遠く離すほど、明るい線と節線はより細かくなります。間隔を広げると模様が細かくなることが、そのまま見えます。離すほど線は増えます。

画面の任意の点に探針を置くと、二つの光源までの距離の差 Δ がすぐに読めます。経路差が波長の整数倍の場所(mλ)は強め合って明るく、半波長ずれた場所 (m+½)λ は打ち消し合って暗いです。経路差が一定の点は、二つの光源を焦点とする双曲線を描くので、明るい跡と暗い跡は曲線になり、遠くのスクリーンではその曲線がほとんどまっすぐな縞に見えます。明るい曲線と暗い曲線のあいだを行き来すると、Δ がどう変わるかをたどることができます。遠くでは曲線が縞になります。

二つの光源の位相を揃えると、つまり Δφ=0 だと、中央の線は明るいです。位相差を与えると、明るい暗い模様の全体が横へ滑ります。こうして二つの光源の位相関係が固定されていなければ模様は揺れずに保たれず、この性質をコヒーレンスと呼びます。位相が勝手に漂うと模様は崩れて消えます。位相関係が固く結ばれたレーザーははっきりした模様を作りますが、位相がばらばらに漂う二つの電球は、いくら並べても干渉模様を残しません。結ばれた位相が模様をつかまえます。

ここで波長だけを変えてみます。波長が短くなると、同じ間隔の中に山がより多く入り、明るい暗い曲線が細かくなります。波長が長くなると模様は疎になります。模様の間隔が波長に比例するという規則が、目にそのまま見えます。だから赤い光は青い光より模様が疎で、いくつかの色が重なった光では色ごとに模様が少しずれ、経路差が 0 の真ん中の線だけが白く残ります。真ん中だけ、色が重なって白いです。

二つの光源を同じ位相で灯すと、中央、つまり Δ=0 の場所は山と山が会って最も明るい腹(antinode)になります。反対の位相にひっくり返すと、同じ場所で山と谷が会って、完全に暗い節(node)に変わります。経路差はそのままなのに、出発の位相だけを変えても明るさと暗さが入れ替わります。明るさと暗さは、経路差が作る位相と出発の位相を足した値で決まるので、出発の位相を 180 度ひっくり返すことは、経路を半波長だけ余分に歩くことと同じです。出発のひっくり返しは半波長に等しいです。