- ベストアンサー
コヒーレンス
ジャマンの干渉計を用いて気体の屈折率を調べる実験をしたのですが、干渉縞が端に行くほどぼやけていました。理由として、コヒーレンスが考えられるとわかったのですが、まだいまいちわかりかねます。。 よければ、干渉縞が端に行くほどぼやける理由をコヒーレンスの原理を使って物理的に説明いただきたいです。。 どなたか御教授お願いできませんか？？
- spider1984
- お礼率17% (23/128)
- 物理学
- 回答数4
- ありがとう数2
- みんなの回答 （4）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
- ベストアンサー
ジャマン干渉計ですか．．．まだ結構使われているんですね。 干渉縞がぼける原因： １．光路差があるため 光源の時間的コヒーレンスが低い場合、光路差があるほど不鮮明になる ２．２光束の位置ずれ 空間コヒーレンスが低いと２光束の位置がずれるほど不鮮明になる シェアリング干渉計などで見られる（今回はジャマン／マッハツェンダーなので関係は薄い） ３．光学系（レンズ）の収差 たとえば平行光線を作るレンズに収差があると、中心部はきれいな平面はだけど周辺部は乱れているので、干渉縞の線明度は落ちます。 あと平面基板の光学素子などは中心部はよいのですが周辺部は精度が落ちる傾向にあります。これは研磨の都合上どうしても出てきます。 光源がわからないので断言できませんけど、今回一番関係ありそうなのは、１と３でしょうね。 では。
その他の回答 (3)
- paddler
- ベストアンサー率53% (176/330)
再びNo.3です。 私が昔やった実験（コモンパス偏光干渉計ですが）でNaランプを使ったものでは、０光路差の周りおよそ±200λくらいまでの範囲内（この外側は見ていない）ではきれいに干渉縞が見えていました。 なので、NaランプのD線を使っていて既にこの範囲内で干渉縞の可視度が落ちているなら、ランプ自身の時間コヒーレンス特性の問題ではないように思います。
- paddler
- ベストアンサー率53% (176/330)
> 干渉縞が端に行くほどぼやけていました。理由として、コヒーレンスが考えられるとわかったのですが 「光が干渉するか否か」と「干渉縞が見えるか否か（可視度）」とは必ずしも同じではない、ということはお分かりでしょうか？ 例えば２光束干渉において、白色光では光路差≒０のごく近辺にしか干渉縞は見られません（白色干渉縞）。では、このとき干渉縞の見られない、光路差の大きいとところでは干渉は起こっていないのでしょうか？ 実はそんなことはありません、かなりの距離まで干渉は起こっています。ただ、色んな波長の光がめいめいの周期の干渉縞を生じるために見かけ上の合計がゼロになってしまっている（可視度が低い）だけなのです。 もし干渉縞の見える範囲でしか干渉が起こっていないのなら、白色光源を用いているFT-IRで高分解能の赤外吸収スペクトルなんて測定できるはずがありません（超高分解能のFT-IRでは10cm以上の距離でマイケルソン干渉計の可動鏡を走査します）。 よく知られているように、Naランプの橙色の光（D線）は589.0nmと589.6nmのダブレット（二重線）です。光学素子の面精度や収差や光源のコヒーレンスまで含め色んな条件が十分で理想的な干渉が起こったとしても、これら２波長の干渉縞では光路差=0から数えて約500本（491本)目で両者の干渉縞の明と暗が重なり合うため、暗くなってくびれを生じるはずです（干渉縞500本分の光路差は約300μmです）。 spider1984さんの見た「干渉縞が端に行くほどぼやけて」いたものがこれかどうかは分かりませんが、原因がコヒーレンスだけであるとは限らないと思います。
>中心から離れたすぎた端（コヒーレンス長を越えている）では、干渉が起こっておらず、ぼやけている それが私の述べた１番です。時間コヒーレンスを長さに置き換えれば（光速度×時間コヒーレンス＝コヒーレント長）全く同じ話です。 >本当の理由とは何なのでしょうか？ それは実際にその装置構成を見ないと断言出来ません。１番が支配的な場合もあるし３番が支配的な場合もあります。 あと周辺部ほど干渉縞のピッチが短い場合には、振動など機械的な要因も加わります。 結構きれいな干渉縞を作る方が難しく、ぼける理由は沢山あるということですね。 原因を調べるには、たとえば使用しているレンズの焦点距離を長くする、あるいはもっと収差の少ないレンズを使うなどでコリメータの精度を上げてみて、変化がなければ１番が支配的だろうなどのように、原因を特定する試験が必要です。 仮説を立てたら試験して実証するのが基本です。
お礼
とても分かりやすい回答ありがとうございました！！
関連するQ&A
- コヒーレンス
大学の演習でホログラフの考察をやることになったのですが、 コヒーレンス長、コヒーレンス時間といった単語の意味がいまいち理解できません。 色々なHPを飛び回ったのですが、納得のいく説明がなくて困っています。 ご存知の方は、コヒーレンスに関してご教授ください。お願いします。
- 締切済み
- その他([技術者向] コンピューター)
- マイケルソン干渉計、干渉縞が円形になる理由
マイケルソン干渉計を用いて屈折率を求める実験をしました。レーザーの発射口に対物レンズをつけるとただの縞模様だった干渉縞が同心円状に広がる干渉縞になりました。対物レンズを使って集光するとこのように変化するのはなぜでしょうか？ぜひ教えてください。お願いします。
- 締切済み
- 物理学
- プラズマの屈折率って？
大学の実験でマイケルソン干渉計の実験やってレポート書いてるんですが、干渉計の光路内にプラズマを入れて光を検出したらプラズマの屈折率がわかりますよね。干渉縞の変化から屈折率を出すのはわかるんですが、ただプラズマの屈折率として Nr=ルート（1-4πNe^2(2πν）^2)m) （すみませんルートがだせませんでした。） ν：レーザの周波数 ｍ：電子の質量 e：電子の電荷量 Ne:プラズマ内の電子密度 と導くにはどうすればよいのですか？
- 締切済み
- 科学
- 干渉縞の見方について
干渉縞の解釈について、皆様のお知恵をお貸しください。 いまマイケルソン干渉計（トワイマン・グリーン干渉計？）を使った 実験をしております。 装置の構成としては、ハーフミラーから等距離に２枚のミラーを設置し、 うち一つのミラーをわずかに傾け、スクリーンに平行等間隔の干渉縞を 投影したものを高速度で撮影できるカメラを用いて観察しています。 （下図のスラッシュがハーフミラー、== がスクリーンです） ― （光源） → ／ | == ここで、ハーフミラーとどちらかのミラーの間に密度（屈折率）の異なる ものをおくと、その量に比例して、縞が動きます。 こちらで試したものとしては、たとえばヘリウムなどを光路上で ノズルから流すと平行であった縞が以下のように変化しました。 ―――――― ――＼／―― ―――――― → ――＼／―― ―――――― ――＼／―― その縞の変化量から、実際にヘリウムの密度および屈折率を求めることができました。 これを用いて炎やプラズマ中の屈折率の分布を求めようとしています。 ところが、実際に金属（ステンレス鋼）の表面にレーザを当て、噴出してくる 蒸気やプラズマを干渉計で観察したところ、平行な縞や湾曲した縞でなく、 ところどころに孤立した丸い領域が出てきます。 ―――――― ―――――― ―――――― → ―― ◎ ―― ―――――― ―― ||||||―― うまく図では説明できませんが、レーザによって加熱された空気および金属蒸気が 噴出してきているのですが、その噴出の先端からやや下側に周囲の縞とは孤立した 丸い縞が見えます。 この丸い部分について、どう解釈したらいいのかわからずに悩んでおります。 この丸い部分の中はどうなっているのでしょうか？ なぜこのようなものができるのでしょうか？ 自分では、この部分を３次元的に見ると → → → ／ ＼ → → ＼ ／ → → || → （右矢印は干渉計の光路上の波面です） のように、上昇物の形が壷や花瓶をひっくり返したような形になっており、 中心部分の光路長がその周囲より長くなって、縞の移動が追いつけなくなって 孤立した丸いところができたのではないかと考えています。 しかしいろいろと本を読んでも載っておらず、はっきりとはしません。 多少は干渉計について勉強したのですが、まだまだ勉強不足のようです。 もし光計測や干渉計に詳しい方がいらっしゃいましたら、ご教授ください。 よろしくお願いいたします。
- 締切済み
- 物理学
- マイケルソン干渉計 二酸化炭素
マイケルソン干渉計を用いて、二酸化炭素の屈折率を求めました。 真空容器に二酸化炭素を入れていきます。そしてスクリーンに映る縞の変化が終わるまで、その数を数えて屈折率を求めました。 最終的には真空容器には二酸化炭素が充満してるはずです。 つまり、光路差が生まれていて、永遠に縞の変化が止まらない気がするのですが、、、どうなんでしょう？ どなたかご教授ください
- ベストアンサー
- 物理学
- 何故赤っぽい光ほど波長が長いと言えるのか
高校物理の教科書には、色別に波長の長さが書いてありますが、 何故赤っぽい光ほど波長が長いのかという説明が一切ありません。 波長の測定原理も書いてありません。 プリズムでの分光から赤っぽい光ほど屈折率が小さいことから 屈折の法則などの式をいろいろ立ててみても、どうも説明が つきません。 プリズム中の光は赤い光ほど屈折率が小さいことから、赤い光ほど プリズム中を進む速さが速いことはホイヘンスの原理によってわかります。 そのあとどう考えればいいのか、教えていただけますでしょうか？ よろしくお願いいたします。
- 締切済み
- 物理学
- 実験レポートの構成について
光の法則を理解するために反射、屈折、回折、干渉などの実験を行いました。これらをひとつのレポートにまとめなければいけません。 レポートの構成は、反射は反射、屈折は屈折で原理や実験方法、結果、考察を分けて書いたほうがいいですか？ それとも実験ごとに分けないで、原理→実験方法→結果→考察の順にまとめて書いたほうがいいですか？ また一般的にはどちらの構成が使われるか教えてください。
- 締切済み
- 物理学
- 観測者によって今まさに起こっている同一現象のDATAが全く異なることはあり得ますか？
いつも大変お世話になっています。 観測者によって今まさに起こっている同一現象のDATAが全く異なることはあり得ますか？ 物理学にヤングの干渉実験があります。2スリット間を一点から放たれた光子が通過する場合、後ろのついたてに干渉縞を生じます。高校物理で扱われる初歩の初歩です。ところが一つ一つの光子がどちらのスリットを通ったか知ると、干渉縞は観察できなくなります。 この実験を二人の人間が観測します（今目の前で同一の実験を見ています）。一人は一つ一つの光子がどちらのスリットを通過したか知ることができる観測者A。もう一人はどちらのスリットを光子が通過したかを知らない観測者B。 この二人が同時に後ろのついたてを写真に撮ったときBには干渉縞がAには干渉縞の無い一様に光っている写真が写るのでしょうか？ 物理学科で量子力学を勉強されている方宜しくお願いします。
- 締切済み
- 物理学
補足
回答ありがとうございます！！ 光源はNaランプです。色々調べてるのですが、Naランプはインコヒーレントな光と書いていました。しかし、Naランプは単色光なので、コヒーレントな光にもなりうるとも書いていました。 なので、一体何が理由でぼやけているのかが分からなくなってきたのです。。 それまでの僕の考えた理由は、 ナトリウムランプの光はインコヒーレントな光であって、インコヒーレントな光は、振動数や継続時間に多少差がある。また、光波が干渉できる距離をコヒーレンス長と呼ぶ。コヒーレンス長を越えると干渉が起こらない。 これらの理由により、中心から離れたすぎた端（コヒーレンス長を越えている）では、干渉が起こっておらず、ぼやけていると考えられる。 という理由かなと思ったのですが、本当の理由とは何なのでしょうか？長々となってすいません。。