ニュートンリング

ニュートンリングの縞模様が外側にいくほど
ぼやけてくるのはコヒーレント長が関係してくるありました。
そこで疑問におもったのですが、
なぜコヒーレント長というものが存在するのですか？
光路差が大きくなっても、常に一定の光をあてていれば、
干渉するように思うのですが、
なぜコヒーレント長を超えると干渉しないのでしょうか？
ご教授お願いします。

No.4 ベストアンサー 回答者： hitokotonusi 回答日時： 2006/01/22 20:15

結構面倒な話なので、ちょっと長くなりますがご容赦ください。

光は古典的には連続した波ですが、実際は、光子と呼ばれる粒でできています。この粒はあまり広がっていません。こんな感じとしましょう。
(以下、ずれるかもしれないので等幅フォントで見てください)

／＼／＼／＼

この／＼がどれだけ続いているかをあらわす長さがコヒーレンス長です。

二つの光線で干渉が起きるとき、何が起きるかと言うと、

／＼／＼／＼

を二つに分けて重ねるわけです。重ねたときのずれかたが、

／＼／＼／＼
～／＼／＼／＼

なら互打ち消しあって弱くなり、

／＼／＼／＼
～～／＼／＼／＼

なら強めあいます。これが干渉です。ここからずれをもっと大きくしていったらどうなるかというと、さいごには、

／＼／＼／＼
～～～～～～／＼／＼／＼

となってしまいます。これだと、干渉しようにも相手がいないから干渉出来ません。これが光路差が大きくなると干渉しなくなる理由です。

しかし、これでは他の光子のことを考えていません。自分自身とじゃなくても、他の光子があれば干渉するじゃないか・・・ということになります。じゃあ、他の光子と干渉することになったらどうなるか？

上のケースでは、重ねた結果は常に同じになりました。二つの光の光路差が１波長分であれば、常に、

／＼／＼／＼
～～／＼／＼／＼

という図がかけて、必ず強め合いました。ところが他の光子ではどうなるかというと、どうなるかわからないのです。光路差が１波長分であっても、

／＼／＼／＼
～～／＼／＼／＼

となることもあれば、ならないこともあります。何故かと言うと最初の状態が違うからです。１つの光子を二つに分けた場合は、スタートが

／＼／＼／＼
／＼／＼／＼

だったのですが(もともと同じものですから)、二つの光子を重ねる場合は、スタート時点で

～／＼／＼／＼
／＼／＼／＼

であったり

／＼／＼／＼
／＼／＼／＼

であったりします。これでスタートして同じように下を１波長分ずらす(上が１波長分遅れる)と、上下それぞれ

～／＼／＼／＼
～～／＼／＼／＼

と

／＼／＼／＼
～～／＼／＼／＼

になります。下は強め合いますが、上は弱め合ってしまいます。当然ですが、簡単のため省略していますが、この二つの中間の状態もあります。結果、こういう二つの光子のペアを重ねた結果を集めると干渉の効果が消えてしまうのです。

だから、干渉を起こすには同じ光を二つに分けないといけないのです。いろいろな干渉装置の図を改めて見てもらうと、必ず、一つの光源からでた光を二つに分けているはずです。

レーザーではなぜコヒーレンス長が長いか？それは、レーザー発振の原理に秘密があって、レーザーではたくさんの光子を“同じ位相”(つまり山と山、谷と谷を合わせた状態)で集めてしまいます。一つ一つは短くても、ずらしてつなぎ合わせれば長くできるわけです。
たとえば、

／＼／＼／＼
～～～～／＼／＼／＼
～～～～～～～～／＼／＼／＼
～～～～～～～～～～～～／＼／＼／＼

なぐあいに集めてやれば、

／＼／＼／＼／＼／＼／＼／＼／＼／＼

という光が出来上がります。これがコヒーレンス長が長い光です。

実際は光子は量子力学に従うので量子力学的な説明をしないといけないのだと思いますが、私の力を越えるので、それは他の方におまかせしたいと思います。厳密に言えば間違いを含むかもしれませんが、(半)古典的にはこんなふうに理解しておけばいいのではないでしょうか。

この回答へのお礼

大変わかりやすい回答ありがとうございます。
もやもやしていたものがすっきりなくなりました。
本当にありがとうございます。

お礼日時：2006/01/23 00:58

No.3 回答者： noname#17230 回答日時： 2006/01/21 20:56

> レーザーと白色光では干渉が起こ利得る光路差の大きさに差がありますよね？

> それはなぜか？

「教えて！ 回答 白色光 単色光 干渉」で検索すると、下記の過去質問が見つかりました。

http://okwave.jp/kotaeru.php3?q=1429947

参考になりそうな感じですね。

参考URL：http://okwave.jp/kotaeru.php3?q=1429947

この回答へのお礼

参考になります
ありがとうございます。
「常に一定の光をあてていれば」に問題がありそうですね・・・　　

お礼日時：2006/01/21 21:28

No.2 回答者： noname#17230 回答日時： 2006/01/21 17:56

質問者さんも、回答者さんも、

　　白色干渉縞について言っているのか、単色干渉縞について言っているのか

はっきりさせないと、議論になりませんよ。

この回答への補足

みなさんご回答ありがとうございます。

白色干渉縞か単色干渉縞かはよくわからないのですが、
私が知りたいのは、
レーザーと白色光では干渉が起こ利得る光路差の大きさに差がありますよね？
それはなぜか？
また、なぜ干渉が起こりえる光路差には限界があるのか？
です。
質問がわかりずらくて申し訳ありません。

補足日時：2006/01/21 19:07

No.1 回答者： korutorein 回答日時： 2006/01/21 10:32

＞ニュートンリングの縞模様が外側にいくほど

ぼやけてくるのはコヒーレント長が関係してくるありました

この現象は平面祖度の影響が原因です。
http://www.tut.ac.jp/rese/image/append/H12-proje …
こういった現象を利用しているのがオプチカルフラットです。
平面祖度が荒くなると低気圧の等圧線のように縞模様が狭くなり光の干渉が出てきます。

参考URL：http://www.s-iri.pref.shizuoka.jp/tech/mach/16b0 …