単スリット
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ヤングの干渉実験では、二重スリットを用いて光の波長を求めました。ですが、スリット1つでも干渉現象が起こります。
右図のように、幅dのスリットに波長λの単色光をスリットに垂直に入射させると、スリットを通過した光は、ホイヘンスの原理により、あらゆる方向に広がろうとします。スリットから充分に離れた位置に入射光の方向に垂直なスクリーンを置くと、うっすらと干渉縞が見えます。
このとき、スリットを上側、下側の2つの部分に分け、上側を通過する光(スリットのA点を通過する)と、下側を通過する光(スリットのB点を通過する)が、スクリーン上の点Pにおいて起こす干渉を考えます。Aから直線BPに垂線AHを下ろすと、スクリーンはスリットから充分に離れた位置にあり、ほぼ
なので、2光の経路差Δは、
(右図の赤色太線部分)
になると2光は弱め合います(単スリットによる干渉現象は二重スリットによる干渉と比べて明瞭なものではなく、経路差がλに等しく2光が強め合う干渉は目立たないので無視します)。
･･･①
，つまり、
(光の波長がスリット幅よりも大きい)のときには、
より、①を満たす方向、つまり、弱め合う方向がなく、スリットを通過した光は、あらゆる方向に広がることになります。波の回折の項目で、「回折が目立つ」状況になります。
(光の波長がスリット幅よりも充分に小さい)，つまり、①で
となる場合には、スリット通過した光は、回折によって回り込もうとする方向ですぐに弱め合ってしまい、「回折が目立たない」状況になります。光はほぼ直進するように見えます。
上記では、スリットの幅を上下2つに分けて考えましたが、nを3以上の整数として、スリットの幅をn個に分けて考えてみます。スリットを通過するn本の光のうち隣接2光の経路差は、スリットを2つに分けた場合と同様にして、
です。ここで、①と同様の、
，即ち、
･･･②
nが偶数の場合には、スリットを通過するn本の光を弱め合う2本ずつの光に分けて考えると、②を満たす方向では、全体としてスリット通過する光は弱め合い、暗くなります。
ところが、nが奇数の場合には、n本を光を弱め合う2本ずつの光に分けようとしても、1本の光が残ってしまいます。このため、②を満たす方向に明線ができてしまうのです。強めあって明線ができるのではなく、弱め合いきれずに明線ができます。
他の干渉と明暗の考え方が異なるので注意してください。
回折格子や二重スリットで、スリットの幅が無視できない場合、単スリットによる干渉の影響が現れます。全ての明線が一様な明るさになるわけではなく、中央の明線から外側に行くに従って明るさが落ちてきます。単スリットによる弱めあう条件①が満たされる方向では明線ができません。
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