波の回折

🧠 回折は波が開口や障害物の縁で広がる現象で、構造の大きさが波長に近いほど顕著になる。

開口で生じる回折

開口内の各点からの二次波 secondary wavelet 二次波（secondary wavelet） secondary wavelet（二次波） が干渉し、中央極大central maximum 中央極大（central maximum）central maximum（中央極大） と側方極大・極小を作る。幾何学的な影の中にも波が回り込む。

flowchart TD
  A["波が有限開口へ到達"]
  B["開口内の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='secondary wavelet'>二次波</span>が広がる"]
  C["方向ごとの干渉で回折パターン形成"]
  A --> B
  B --> C

単スリット回折の条件

$a$はスリット幅 slit widthスリット幅（slit width） slit width（スリット幅）、$θ$は観察角。$a$が小さいほどパターンは広がる。

開口と回折広がり

単一開口では連続した波面 wavefront 波面（wavefront） wavefront（波面） 内の干渉が広がった像を作り、周期的な多数の開口では回折格子optical grating回折格子（optical grating）optical grating（回折格子）の鋭い主極大 principal maximum 主極大（principal maximum） principal maximum（主極大） が現れる。

• フラウンホーファーFraunhoferフラウンホーファー（Fraunhofer）Fraunhofer（フラウンホーファー） 回折は遠方またはレンズ焦点面、フレネルFresnelフレネル（Fresnel）Fresnel（フレネル） 回折は近傍で扱う。
• 中央極大central maximum 中央極大（central maximum）central maximum（中央極大） は単スリット回折像 diffraction pattern 回折像（diffraction pattern） diffraction pattern（回折像） で最も広く明るい。
• 回折は光学機器の分解能に原理的限界を与える。

医学・測定への応用

顕微鏡では微細構造からの回折光 diffracted light 回折光（diffracted light） diffracted light（回折光） を対物レンズ objective lens 対物レンズ（objective lens） objective lens（対物レンズ） が集めることで像情報を形成する。開口数numerical aperture開口数（numerical aperture）numerical aperture（開口数）・照明条件の最適化や超振動レンズは、回折による分解能制約 Limitations 制約（Limitations） Limitations（制約） を踏まえて高分解能 high resolution, HR 高分解能（high resolution, HR） high resolution, HR（高分解能） 化する方法である。¹²

まとめ

• 回折は波が開口や障害物の縁で広がる現象で、構造の大きさが波長に近いほど顕著になる。
• フラウンホーファーFraunhofer フラウンホーファー（Fraunhofer）Fraunhofer（フラウンホーファー） 回折は遠方またはレンズ焦点面、フレネルFresnel フレネル（Fresnel）Fresnel（フレネル） 回折は近傍で扱う。
• 顕微鏡では微細構造からの回折光 diffracted light 回折光（diffracted light） diffracted light（回折光） を対物レンズ objective lens 対物レンズ（objective lens） objective lens（対物レンズ） が集めることで像情報を形成する。