Biophysics · 03.05

波の干渉

Wave interference

🧠 干渉は、複数のコヒーレントな波の振幅が重ね合わさり、強め合いと弱め合いを作る現象である。

重ね合わせと位相差

重ね合わせの原理superposition principle重ね合わせの原理（superposition principle）superposition principle（重ね合わせの原理）により合成変位は各波の変位の和になる。位相差phase difference位相差（phase difference）phase difference（位相差）が一定なら空間に安定した強度パターンが形成される。

flowchart TD
  A["コヒーレントな波が同一点へ到達"]
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='path difference'>光路差</span>が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phase difference'>位相差</span>を作る"]
  C["合成振幅に応じて明暗が生じる"]
  A --> B
  B --> C

干渉強度

\Delta\varphi=\frac{2\pi\Delta L}{\lambda},\quad \Delta L=m\lambda\;\text{（強め合い）},\quad \Delta L=\left(m+\frac12\right)\lambda\;\text{（弱め合い）}

$ΔL$ は光路差path difference光路差（path difference）path difference（光路差）、 $Δφ$ は位相差phase difference位相差（phase difference）phase difference（位相差）、 $m$ は整数。

明線・暗線が生じる条件

素元波が一定の位相関係で重なると明暗が生じ、開口内の各点からの干渉を連続的に足し合わせたものが回折像diffraction pattern回折像（diffraction pattern）diffraction pattern（回折像）になる。

同位相では振幅が加算され、逆位inversion逆位（inversion）inversion（逆位）相では差し引かれる。
異なる周波数や不安定な位相では時間平均により明瞭な縞が消える。
薄膜干渉では反射時の位相変化phase shift位相変化（phase shift）phase shift（位相変化）も考慮する。

医学・測定への応用

干渉計測interferometry干渉計測（interferometry）interferometry（干渉計測）、反射防止膜anti-reflection coating反射防止膜（anti-reflection coating）anti-reflection coating（反射防止膜）、光学計測measuring計測（measuring）measuring（計測）、細胞膜厚membrane thickness膜厚（membrane thickness）membrane thickness（膜厚）の解析に応用される。

まとめ

干渉は、複数のコヒーレントな波の振幅が重ね合わさり、強め合いと弱め合いを作る現象である。
同位相では振幅が加算され、逆位inversion逆位（inversion）inversion（逆位）相では差し引かれる。
干渉計測interferometry干渉計測（interferometry）interferometry（干渉計測）、反射防止膜anti-reflection coating反射防止膜（anti-reflection coating）anti-reflection coating（反射防止膜）、光学計測measuring計測（measuring）measuring（計測）、細胞膜厚membrane thickness膜厚（membrane thickness）membrane thickness（膜厚）の解析に応用される。