光の干渉 (interference of light)

図のように，真空中において，2つの光源 ${\displaystyle {\text{S}}_{\text{1}}}$ ，${\displaystyle {\text{S}}_{\text{2}}}$ から，波長${\displaystyle \lambda }$ の全く等しい（同位相の）光が送り出され，それぞれ経路 ${\displaystyle {\text{S}}_{\text{1}}\text{P}}$ ，${\displaystyle {\text{S}}_{\text{2}}\text{P}}$ を通って，点 ${\displaystyle \text{P}}$ で重なり合うとする．これら2つの経路の光路差 ${\displaystyle \Delta l=\left|{\text{S}}_{\text{1}}\text{P}-{\text{S}}_{\text{2}}\text{P}\right|=\left|l_1-l_2\right|}$ について

1.   ${\displaystyle \Delta l=(2m+1)\cdot \frac{\lambda }{2}}$   ${\displaystyle (m=0,1,2,\cdots )}$ のとき，2つの光は点 ${\displaystyle \text{P}}$ で弱め合う（暗くなる）．
   ⇒ 光路差 ${\displaystyle \Delta l}$ が半波長の奇数倍のとき，2つの光は逆位相で重なり合う．
2.   ${\displaystyle \Delta l=2m\cdot \frac{\lambda }{2}=m\lambda }$   ${\displaystyle (m=0,1,2,\cdots )}$ のとき，2つの光は点 ${\displaystyle \text{P}}$ で強め合う（明るくなる）．
   ⇒ 光路差 ${\displaystyle \Delta l}$ が半波長の偶数倍（波長が整数倍）のとき，2つの光は同位相で重なり合う．

2つの光が強め合ったり，弱め合ったりすることを 光の干渉 (interference of light) という．光が干渉することは，光が波動であることの理由の一つである．

もし，図の経路 ${\displaystyle {\text{S}}_{\text{1}}\text{P}}$ の途中に厚さ ${\displaystyle d}$ ，屈折率 ${\displaystyle n}$ の媒質（図の点線）を置くと，経路 ${\displaystyle {\text{S}}_{\text{1}}\text{P}}$ の光路長は

${\displaystyle nd+(l_1-d)=l_1+(n-1)d}$

なので，光路差は

${\displaystyle \Delta l=\left|l_1+(n-1)d-l_2\right|}$

となる．

■ 光源についての干渉条件

光が干渉するためには「位相のそろった2つの光源」が必要である．2つの光源 ${\displaystyle {\text{S}}_{\text{1}}}$ ，${\displaystyle {\text{S}}_{\text{2}}}$ から発する光が異なれば，明るさが合成されるだけで（強度の和），干渉はしない．光の干渉を起こすためには，図のように，1つの光源 ${\displaystyle \text{S}}$ から出る光が，スリット ${\displaystyle {\text{S}}_{\text{1}}}$ ，${\displaystyle {\text{S}}_{\text{2}}}$ を通って，2つの経路に分かれて，その先にある点 ${\displaystyle \text{P}}$ で重なり合うようにすればよい．このとき，位相をそろえるために， ${\displaystyle {\text{S}}_{\text{1}}}$ ，${\displaystyle {\text{S}}_{\text{2}}}$ が ${\displaystyle \text{S}}$ から等距離になるようにする必要がある．

光の波長はとても短く，水面波などに比べて回折や干渉が観測し難いが，光を十分に狭い隙間（ ${\displaystyle \sim 0.1}$ mm）のスリットに通すと，回折や干渉による明暗模様を観測できる．

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最終更新日： 2025年12月25日