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02太陽 

3.望遠鏡を使った黒点の投影へ戻る

4.光の分光

(1)虹(にじ)のようなものに戻る

 

(2)屈折による分光に戻る

(3)回折格子による分光

 

 

@回折(かいせつ)

 

 

  回折が起きるため、1枚の凹面鏡による投影では黒点が見えないことは、3.(2)「回折とその回避」で説明しました。しかし、何でも物は使いようで、その回折を利用すると、光が分光できるので、それを説明します。 

 

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 光を小さな穴に通すと、光がいろいろな方向へ曲がってしまう性質が回折です。左のような状態で光の波動が同心円状(正確には半球状)に広がります。穴をスリット(ごくわずかな隙間)に替えて光を通しても同様です。光は円柱面に広がります。

 

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 スリットを格子状に並べます。すだれやプラインドのようなものを小さく細かく作り、μm程度の間隔で光のとおるところを並べるわけです。

 すると、左の図のように光が曲がります。右上に行く光だけ描きましたが、右下にも同様に曲がって進み始めます。

 

 これは、ひとつのスリットを通過した光が同心円状に広がる時に隣のスリットを通過してきた光と並んでしまい、特定の方向には拡散せずに直進するためです。難しい言い方をすると、以下のようになります。

 スリットを通過した光が回折現象で拡散するとき、光の波面は各スリットから同心円状に拡散します。スリットが等間隔で並んでいると、拡散する光の波面が形成する包絡面が、スリットから離れるにつれて平面を形成するため、平面波に近い光の波となって直進するためです。その方向は、スリットに入射してきた光の方向からずれてしまうため、そのずれ方を利用して分光します。

 

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 どのくらい向きを変えるのか、考えてみましょう。左の図の赤い光の波長をλとします。すると、スリットの間隔dsinθ倍が波長に一致した方向では、上のスリットと下のスリットから出てきた赤い光は重なって強くなります。しかし、そのずれが波長の半分になる方向では光は打ち消しあって消えてしまいます。

 

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 青い光は赤い光に比べて波長は半分ほどしかありませんので、曲がる方向も半分ほどになります。

 

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つまり、回折格子を利用すれば、光を分光することができます。

 屈折では、青い光が良く曲がりましたが、回折格子では赤い光が良く曲がります。

 

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 ここでは、狭い間隔でスリット(隙間)を並べた格子について説明しましたが、狭い間隔で反射する面を並べた回折格子もあります。CDDVDはこの原理で回折を起こします。

 

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アワビの貝殻は、回折と反射さらには薄膜の屈折など、メカニズムは単純ではなさそうです。

 

(1) さらに、何層にも薄膜を並べて多層膜と呼ばれるものを作り、回折や反射を利用する分光もあります。逆に、水の上に広がった油の厚さなどを測るのに、そこでできる虹を計測する方法もあります。

(2) 様々な制約や目的があるので、実際の計測に使用するときには、以上に述べた単純な原理だけではなく、反射などを利用したもう少し複雑な仕組みを利用します。島津製作所の回折格子(グレーティング)の解説が、わかり易くて参考になります。

 

(4) 光の吸収、散乱へ進む

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