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粒子計測ゼミナール:光の基礎理論

フランフォーファの回折

もう一方のフラウンホーフアが説明している回折理論、これが実は後述するレーザー回折法の粒子径分布測定装置の基礎理論になっているのです。 フレネルの回折と区別する意味で、非常に大まかな分類ですが、

フレネルの回折 光源と観測点が共に回折が起きる開口部から近い時の回折
フラウンホーフアの回折 光源と観測点が共に回折を起こす開口部から無限に遠い時の回折

ということができます。


これから少し、このフラウンフォーファの回折について詳細に説明していきます。


このフラウンフォーファの回折現象はフレネルの回折と比較して数学的には簡単に表すことができます。また、無限に遠い光源と観測点という制約を図−13 のように光源として平行光を使用し、回折光を集光レンズで集めることにより、その焦点面上での回折光の強度分布パターンに置き換えることができます。この平行光という要求がレーザー光を利用する1つの理由ともなっています。



図-13フラウンホーフアの回折

図−13のLの焦点面上にできる回折光の強度分布パターンとしては、次のような形となります。(開口部を円形と仮定する。)



図−14フラウンホーファの回折像

図−15 光の強度分布

上記のような縞模様ができる理由を詳しく説明していると長くなるので、光の干渉による作用で縞模様となることだけを頭の隅に置いて、微小スリットに平行光を当てると、レンズの焦点面上にこのような強度パターンができるとご理解ください。


光学の有識者にとってはカミナリを落とされるような乱暴な展開ですが、どうしても縞模様ができる理由を知りたい方々には、付録に示す光の参考書類を読んでいただくことを強くお勧めいたします。

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