Biophysics · 03.07

回折格子による回折

Diffraction on an optical grating

🧠 回折格子optical grating回折格子（optical grating）optical grating（回折格子）は多数の等間隔のスリットからの波を干渉させ、波長ごとに鋭い方向へ分離する。

多数の溝による干渉

隣接スリット間の光路差path difference光路差（path difference）path difference（光路差）が整数倍の波長になる方向で主極大principal maximum主極大（principal maximum）principal maximum（主極大）が生じる。スリット数が多いほどピークは狭くなる。

flowchart TD
  A["多重スリットへ光が入射"]
  B["隣接光に<span class='jp-term jp-term-diagram' title='path difference'>光路差</span>発生"]
  C["波長別の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='principal maximum'>主極大</span>へ分離"]
  A --> B
  B --> C

回折格子の式

d\sin\theta=m\lambda

$d$ は格子間隔grating spacing格子間隔（grating spacing）grating spacing（格子間隔）、 $m$ は回折次数diffraction order回折次数（diffraction order）diffraction order（回折次数）。最大次数maximum order最大次数（maximum order）maximum order（最大次数）は $|sinθ|≤1$ で制限される。

波長を分離する仕組み

主極大principal maximum主極大（principal maximum）principal maximum（主極大）の角度は回折条件から決まり、その波長分離を利用して吸収スペクトルabsorption spectrum吸収スペクトル（absorption spectrum）absorption spectrum（吸収スペクトル）を測定できる。

高次higher order高次（higher order）higher order（高次）ほど角分散は大きいが、異なる次数の重なりに注意する。
溝密度groove density溝密度（groove density）groove density（溝密度）が高いほど $d$ は小さく、同じ波長の回折角は大きくなる。
分解能は概ね $R=mN$ で、 $N$ は照明されたスリット数である。

医学・測定への応用

分光器spectrometer分光器（spectrometer）spectrometer（分光器）で吸収・発光スペクトルemission spectrum発光スペクトル（emission spectrum）emission spectrum（発光スペクトル）を波長分離する中心素子である。

まとめ

回折格子optical grating回折格子（optical grating）optical grating（回折格子）は多数の等間隔のスリットからの波を干渉させ、波長ごとに鋭い方向へ分離する。
高次higher order高次（higher order）higher order（高次）ほど角分散は大きいが、異なる次数の重なりに注意する。
分光器spectrometer分光器（spectrometer）spectrometer（分光器）で吸収・発光スペクトルemission spectrum発光スペクトル（emission spectrum）emission spectrum（発光スペクトル）を波長分離する中心素子である。