プリズムの分光原理と回折格子の分光原理について詳しく教えてほしいです。
また、CDを光にあてると虹色に見える理由も教えてほしいです。

A 回答 (1件)

「分光原理」という難しい言葉を使っていらっしゃるので、どういうレベルの説明が適当か、皆さん見当が付きかねているのでは? まずは第一弾として....



プリズムは、光の波長によってガラスの中での光速が違う=屈折率が違うことを使って分光します。

回折格子は、一定間隔で溝を切ったガラス板です。溝の山の部分から光が散乱し、となりの山の散乱光と干渉することによって、波長ごとに異なる方向に進む平面波ができます。

CDは、円周に沿って出っ張りが並んで、円形のすじを作っています。このすじ同士が一定間隔で並んでいるので、概ね回折格子と同じ構造をしている。CDのどの部分を見るかで、すじの向きが違いますから、遠くにある一つの光源から来た光でも、目に達する波長はCDの場所ごとに違う。つまり虹色ですね。
でも、CD上に直径を描いたとすると、この直径上ではどの筋も直径と直角に交わっています。このため、この直径上は同じ色になることが観察できます。観察者の目の位置に依存するわけですから、右目で見る色と左目で見る色は違います。試してみてください。
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Qプリズムと回折格子について

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。

A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(>_<)

Qプリズムや回折格子を使った機器

プリズムや回折格子を使った機器ってどんな物がありますか?
実験をしたのはいいのですがよく考えてみると
どんなものに使われているのかいまいち分からないのです…
CDとかそうじゃないかなぁと思うのですが…
普通に検索しても実験系のHPしか出なかったので…
簡単な原理(仕組みの説明?)付きで教えて下さると嬉しいです

分かる方、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんばんわ。まったくの素人ですが、おぼろげな記憶の中に
「双眼鏡」「ビデオカメラ」に使われていると聞いた気がします。
ビデオカメラは手ぶれ補正などに使われているとか。
リンクはっときます。

http://www.vixen.co.jp/OLDVIXEN/vixen.co.jp/japanese/bino/binomap.htm
http://web.canon.jp/technology/detail/digi_video/shakecorrect_vap/
http://www.canon-sales.co.jp/projector/tec/cp.html

参考URL:http://www.vixen.co.jp/OLDVIXEN/vixen.co.jp/japanese/bino/binomap.htm

Q回折格子とプリズム

高校生の息子に聞かれて答えられませんでしたので、判りやすくお願いします。
(子)光がプリズムと回折格子を通過すると色が分かれるよね
(私)そう。光は波長の短い方が真っ直ぐ進む。パワーがあるというか、皮膚を焼けどするのは紫外線の影響だよ
(子)回折格子の場合、確かに分光されて紫色は真っ直ぐすすみ、スクリーンの中央部に写るけど、プリズムは逆だよね?
(私)???
(子)プリズムの方は、紫の方が大きく曲がっているけど何故?

Aベストアンサー

ご質問のプリズムや回折格子で分光される現象は父の説明は間違いになるので、ご質問のように答えに窮してしまいます。

波長により回折する角度が異なる(回折格子)とか、波長により屈折する角度が異なる(屈折率が違うため)のは一般に波長分散と呼んでいます。

回折格子の場合には、干渉という現象により波長により光を強めあう角度が異なるために波長分散が生じます。この場合、正反射(反射型の場合、透過型では入射光)の方向を基準にしてみると、波長の短いほうが基準の方向に近くなります。
理由は簡単で、基準方向からずれるのは、光が強めあう条件を考えるとそうなるからです。
光路差はd*sin(θ)(d:間隔、θ:反射角)、これがmλ(m=0,1,2,3... m=0は正反射、入射光方向、λ:波長)になればよいから、mλ=d*sinθとなります。

λが小さいということは、同じ次数mでみると、d固定なのでθは小さくならなければなりません。

一方プリズムは屈折率の違いにより生じています。屈折率の波長分散というのが何故起きるのかというのが重要になります。

一般に可視領域でのプリズムの屈折率は短波長で屈折率が大きくなり、長波長では小さくなります。ただこれは自明ではありません。

実は一般的にプリズムに使われる光学材料は紫外の領域に大きな吸収があります。
で、屈折率というのはこの強い吸収に近い波長ほど大きくなります。
より正確に言うと、吸収中心波長では屈折率は真空中と同じ1になり、そこからどんどん屈折率は大きくなり、やがてピークを迎えて、その後ゆっくりと1に近づくという曲線になります。これはクロマース・クローニッヒの関係といい、複雑な現実の物質でもこの関係を使って吸収と屈折率の関係を表すことが出来ます。つまり吸収スペクトルがわかると屈折率の波長分散もわかるというわけなのです。

ちなみに物質によっては短波長で屈折率が高く、長波長で屈折率が低いという関係が成立しないものもあります。ただ一般的な透明なガラスやプラスチックはみなこの関係にあるため、一般的には短波長のほうが屈折率が高く、よく曲がるということになります。

蛇足の知識なのですが、上記のように回折格子とガラスでは波長分散が逆に現れるのを利用してレンズを作るということも試みられています。
レンズでは波長分散のために、結像させたときに波長により焦点距離が異なってしまい、像に色が付いてしまいます。それを防ぐために実際のレンズではこの波長分散の異なるレンズを組み合わせて色消しするのですが、一番効果的なのは逆の特性をもつ回折格子であるので,回折格子を使ってレンズの色消しを行うというわけです。ただ回折格子はレンズ系の中では使いにくい部分があるため、あまり利用されることはありませんが。

ご質問のプリズムや回折格子で分光される現象は父の説明は間違いになるので、ご質問のように答えに窮してしまいます。

波長により回折する角度が異なる(回折格子)とか、波長により屈折する角度が異なる(屈折率が違うため)のは一般に波長分散と呼んでいます。

回折格子の場合には、干渉という現象により波長により光を強めあう角度が異なるために波長分散が生じます。この場合、正反射(反射型の場合、透過型では入射光)の方向を基準にしてみると、波長の短いほうが基準の方向に近くなります。
理由は...続きを読む

Q分光器の光学配置と回折格子について

分光器の光学配置と回折格子についていくつか質問があります.

「レーザー分光計測の基礎と応用」(濱口宏夫ら編著)では,p.265からの回折格子の
説明で平面回折格子を平面上に等間隔で直線の溝を引いたもの(一般にはラミナー格子のこと)
と定義しておりブレーズ格子と分類上,分けています.その他の教科書では,
平面回折格子とは単に平面上に格子が並んでいるものとなっています.
ブレーズ格子が平面上に並んでいても平面回折格子と言うのでしょうか?

次に,島津製作所のHP
http://www.shimadzu.co.jp/opt/guide/07.html
をみると,回折光と反射光が一致する場合の波長をブレーズ波長
と定義していますが,一般の教科書によると,入射光と回折光と反射光が
一致(つまり,リトロー配置)した時の回折光の波長を
ブレーズ波長と定義しています.どちらが正しいのでしょうか?
(なぜこんな質問をするのかといいますと,一般の教科書によると,
ツェルニー・ターナー配置では,回折格子には平面回折格子を用いると書いています.
なので,ツェルニー・ターナー配置でブレーズ格子を使用してはいけないのかなと思ったためです.)

最後にリトロー配置なのですが,回折光が入射光,反射光と少し方向が違っていても
リトロー配置としている教科書があります.おそらく,少し方向が違っていても
回折効率が大きいので,これもリトロー配置と呼ぶのだと思うのですが,一般的には
こっちでもよいのでしょうか?(私個人としては,少し方向が違わないと,回折光を
検出またはミラーに送ることができないと思うので,こちらの意味だと思うのですが・・・)

(1)ブレーズ格子が平面上に並んでいても,平面回折格子と言うのでしょうか?
(2)ブレーズ波長の正しい定義はどちらでしょうか?
(3)リトロー配置の一般的な意味はどちらでしょうか?

分かりにくい質問だと思いますが,分かるものだけでもいいですので,
よろしくお願いいたします.

分光器の光学配置と回折格子についていくつか質問があります.

「レーザー分光計測の基礎と応用」(濱口宏夫ら編著)では,p.265からの回折格子の
説明で平面回折格子を平面上に等間隔で直線の溝を引いたもの(一般にはラミナー格子のこと)
と定義しておりブレーズ格子と分類上,分けています.その他の教科書では,
平面回折格子とは単に平面上に格子が並んでいるものとなっています.
ブレーズ格子が平面上に並んでいても平面回折格子と言うのでしょうか?

次に,島津製作所のHP
http://www.shimadz...続きを読む

Aベストアンサー

回折格子の用途は分光器だけではありません。
分光器として用いる場合には、当然入射と出力は別の方向でなければ
なりません。

しかし、半導体レーザーの発振波長を制御する目的の場合、完全に
同じ方向に光を返してやる必要があります。

Sacher LasertechnikのサイトにLittrow配置等の説明資料があったはず
ですので、探してみてください。ちなみにLittrowの場合は回折光を
そのままレーザー半導体に戻し、Littmanの場合、一旦鏡で回折光を
うけて、それを戻します。後者の場合、波長を変えても出力方向が
変わらないというメリットがあります。

http://www.sacher-laser.com/ExternalCavity.php

ブレーズド格子であっても、一つの次数だけに光がでるわけではありません。
分光器の場合、他の次数は完全に無駄になりますが、外部共振器レーザー
の場合、戻し光と出力を+とーの次数に割り振る場合があります。

なお、ブレーズ加工方法の制限により、ブレーズドタイプは、
昔は平面タイプしか入手できませんでしたが、今は凹面タイプも
島津などから入手することができます。

http://www.shimadzu.co.jp/opt/products/grating/c01.html

回折格子の用途は分光器だけではありません。
分光器として用いる場合には、当然入射と出力は別の方向でなければ
なりません。

しかし、半導体レーザーの発振波長を制御する目的の場合、完全に
同じ方向に光を返してやる必要があります。

Sacher LasertechnikのサイトにLittrow配置等の説明資料があったはず
ですので、探してみてください。ちなみにLittrowの場合は回折光を
そのままレーザー半導体に戻し、Littmanの場合、一旦鏡で回折光を
うけて、それを戻します。後者の場合、波長を変えても出力...続きを読む

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回折格子に光線を当てると離れた壁のところに干渉縞ができます。そもそも、干渉縞というのは壁に光が当たったために現れるのですよね?では回折格子と壁の間の空間に粉のような小さい粒子をばらまいたらどうなるのですか?予想としては、水面に多数の点波源をつくったときのような強めあう場所ができるとおもうのですが、自信がありません。どのようになるのかということと、その理由を教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

予想の通りです。
煙を入れてみれば、縞が壁までずっと続いているのがよく見えます。


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