Biophysics · 03.03

光の波動性

Wave nature of light

🧠 光の干渉、回折、偏光polarized light偏光（polarized light）polarized light（偏光）は、光が電磁波electromagnetic wave電磁波（electromagnetic wave）electromagnetic wave（電磁波）として振る舞う決定的な証拠である。

電磁波としての光

光は互いに直交する電場electric field電場（electric field）electric field（電場）と磁場の振動が進行方向へ伝播する横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）である。可視光の色は主に周波数または真空波長vacuum wavelength真空波長（vacuum wavelength）vacuum wavelength（真空波長）で決まる。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='electric field'>電場</span>・磁場が時間変動"]
  B["相互に直交して伝播"]
  C["重ね合わせで波動現象を示す"]
  A --> B
  B --> C

波動を表す量

c=f\lambda_0,\qquad v=\frac{c}{n}

$λ_0$ は真空波長vacuum wavelength真空波長（vacuum wavelength）vacuum wavelength（真空波長）。媒質中では周波数は変わらず、波長は $λ=λ_0/n$ となる。

干渉・回折が示す波動性

横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）としての光は干渉・回折・偏光polarized light偏光（polarized light）polarized light（偏光）を示す。波面wavefront波面（wavefront）wavefront（波面）の各点から次の波面wavefront波面（wavefront）wavefront（波面）を作る規則はHuygens–Fresnelの原理で与えられる。

コヒーレント光coherent lightコヒーレント光（coherent light）coherent light（コヒーレント光）は一定の位相関係をもち、安定した干渉縞を作る。
強度intensity強度（intensity）intensity（強度）は電場electric field電場（electric field）electric field（電場）振幅の二乗に比例する。
幾何光学geometric optics幾何光学（geometric optics）geometric optics（幾何光学）は波長より十分大きいスケールでの波動光学wave optics波動光学（wave optics）wave optics（波動光学）の近似である。

医学・測定への応用

顕微鏡の分解能、分光法spectroscopy分光法（spectroscopy）spectroscopy（分光法）、レーザー、偏光測定法polarimetry偏光測定法（polarimetry）polarimetry（偏光測定法）の基礎となる。

まとめ

光の干渉、回折、偏光polarized light偏光（polarized light）polarized light（偏光）は、光が電磁波electromagnetic wave電磁波（electromagnetic wave）electromagnetic wave（電磁波）として振る舞う決定的な証拠である。
コヒーレント光coherent lightコヒーレント光（coherent light）coherent light（コヒーレント光）は一定の位相関係をもち、安定した干渉縞を作る。
顕微鏡の分解能、分光法spectroscopy分光法（spectroscopy）spectroscopy（分光法）、レーザー、偏光測定法polarimetry偏光測定法（polarimetry）polarimetry（偏光測定法）の基礎となる。