プリズムと回折格子について

質問

初めまして。質問するのは初めてなので至らないところがあると思いますがよろしくお願いします。早速質問なんですが、プリズムと回折格子の原理がよくわかりません。調べてみたのですが、難しい用語が使われているものが多くわかりにくいです。簡潔にわかりやすく教えて頂けないでしょうか？それとプリズムや回折格子を用いている光学機器についても教えて頂けるとうれしいです。

回答No.1

caramel_latte · ベストアンサー

分光計かなんかの実験ですかねぇ(^-^;)
あの実験は、目が疲れる実験で嫌いでした・・・。
ずいぶん前の実験なんで、全く自身が無いんですが・・・。
光学機器のは大丈夫です！！
原理→プリズムは、入ってきた単色光が屈折し、その屈折率を測定に使われるのに対し
回折格子は、溝から入ってきた光が広がって、お互いに干渉し合い、明暗ができるために、
回折角を測れば波長が調べられます。

プリズムや、回折格子を使っている光学機器は
プリズム→カメラ
回折格子→血液分析装置
です。
原理、そんなこと聞いてるんじゃないよ！！知ってるよ！ってことを書いてたらすいません(>_<)

お礼

原理が簡潔でわかりやすくてとても助かりました☆光学器械も答えて下さったので本当に感謝してます。ありがとうござうました！！

回答No.2

sanori

＜プリズムの原理＞
物質を１つ決めれば、それに対して、光の屈折率は１つだけ。これが基本なんです。ですから、「この物質の屈折率はなんば」という言い方をします。
ところが、光の波長の長さによって、屈折率は、実は、ごく僅かに変わってきます。（これを「波長分散」と言う）
ガラスに白色光が入射すると、波長分散で光が各波長毎に分かれますから、巨大なガラスを作って、その中に検出器や人間を埋め込めば、光のスペクトルが観測できますが、そういうことは非常に難しいですし、かといって、断面が長方形の板ガラスを通して、空気→ガラス→空気という経路を通ると、１回目の屈折と２回目の屈折が相殺して、１つの白色光に戻ってしまいます。
そこで、ガラスの断面を三角にすれば、１回目と２回目の屈折の角度が相殺しないので、スペクトルをガラスの外部から観測することができる、というのがプリズムの原理です。
レンズもその一種です。
（双眼鏡で遠くを見ると、例えば、赤と青の距離は違って見えます。これは屈折率の違いによって、左右の眼に微妙に違う角度で赤と青の光が来るからです。カラーのＯＨＰを双眼鏡で見るとテキメンにわかりますよ。）

＜回折格子の原理＞
光は直進するものである、という先入観を持っている人がほとんどでしょうが、実は、世の中の光は、全て無限種類の曲線経路を通っています。２点間を結ぶ、考えられる限り全ての曲線を通るのです。
ところが、光同士の干渉によって、大部分の経路は相殺されてしまい、ほぼ直進に近い経路だけが残ります。
なぜかと言いますと、光は位相という名の「秒針のみストップウォッチ」を持っているのです。秒針１周が光の振動周期（＝波長に反比例）です。
ある地点に到達した光同士が、強め合うか弱めあうかは、秒針の角度が同じ方向を向いているかどうかで決まります。（秒針をベクトルの矢印に見立てて、そのベクトル同士を足し算するイメージです。）
その場所に到達したときの秒針の位置が一致すれば強めあうのですから、結果として、光源からその場所まで到達する時間の差が、光の振動周期の倍数であるときだけ強めあう（その場所だけに光が行ってるように見える）のです。このとき、光の経路としては、直進だけでなく曲線経路も（勿論、折れ線も）考えてもよいのです。
回折格子は、１つめのスリットを通る折れ線経路と２つめのスリットとを通る折れ線経路の光とが強めあう場所を調べることによって、光の波長を逆算するものなのです。

なお、回折格子の応用で、身近なものはパッと今思い浮かびませんが、逆に、身の回りに存在する固体結晶全てが実はそもそも回折格子と同じ構造であることを利用して、エックス線を物質に当てて、その物質の結晶構造を特定する技術は、極めてよく用いられています。

お礼

光学系のことってよく理解できてなかったんですけど、ちゃんと理解できました！！本当にありがとうございました☆