回折格子・単スリットの回折の計算
回折格子の1mmあたりの本数(または単スリットの幅)と、波長・次数を入れると、明るく見える(または暗くなる)方向の角度を計算します。
本/mm
nm
くわしい条件を変える(なくても計算できます)
μm
計算方法
回折格子 d sinθ = mλ(d:格子定数(すき間の間隔)、θ:回折角、m:次数(0, 1, 2, …)、λ:波長)
格子定数は、格子の1mmあたりの本数の逆数から求めます(例:500本/mmなら d=1mm÷500=2×10⁻³mm)。m=0は正面方向(角度0度)で、次数が大きいほど角度も大きくなります。
単スリットの回折 a sinθ = mλ(a:スリットの幅、m:1, 2, 3, …)で、暗くなる方向の角度を求めます。単スリットのm=0は暗線ではなく、中央の明るい部分にあたるため含みません。
どちらの式も、sinθが1をこえる場合(波長が長すぎる、または格子の間隔・スリット幅が狭すぎる場合)は、その次数の明線・暗線はできません。
出典:回折格子の式(d sinθ=mλ)・単スリットの回折の式(a sinθ=mλ)の定義(波動光学の基本公式)
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よくある質問
格子定数とは?
回折格子のすき間と、隣のすき間との間隔のことです。1mmあたりの本数がわかれば、その逆数から求められます。
次数mとは?
中央(正面)から何番目の明線・暗線かを表す整数です。回折格子ではm=0が正面(角度0度)にあたります。
なぜ単スリットではm=0を使わない?
単スリットのm=0は暗線ではなく、いちばん明るい中央の部分にあたるため、暗くなる次数には数えません。
sinθが1をこえるとどうなる?
角度が定義できないため、その次数の明線・暗線はできません。波長を短くするか、次数を小さくすると求められることがあります。
回折格子と単スリットの違いは?
回折格子は多数のすき間による光の強め合い(明線)を、単スリットは1つのすき間による光の弱め合い(暗線)を扱います。