波動分野の最重要テーマ「光波の干渉」。ヤングの実験・回折格子・薄膜…と実験のバリエーションが多く，「経路差の求め方が毎回違って混乱する！」という受験生が多い単元です。
このページは，当サイトの光波の干渉シリーズを学習順に整理したまとめページです。6記事＋要点整理で，光波の干渉を体系的にマスターできます。
光波の干渉マスターへの4ステップ
Step1 ヤングの実験で基本を固める
すべての干渉実験の原点です。経路差の近似計算をここで完全に理解すれば，他の実験もスムーズに進めます。
ヤングの実験①
目次1 水面波の干渉との違い2 ヤングの実験3 (1) 三平方の定理で計算する方法4 (2) 複スリット付近の様子に注目する方法5 干渉条件 水面波の干渉との違い スケールの違い 以前学習した水面波の ...
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ヤングの実験②
目次1 干渉縞の様子2 例題3 $0$ 次の明線 干渉縞の様子 暗線の位置 ヤングの実験における弱め合いの条件は， $$d\bun{x}{l}=\left(m+\bun12\right)\lambda ...
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Step2 回折格子を攻略する
スリットが無数に並ぶ回折格子。ヤングの実験との共通点と「暗線の決定的な違い」を押さえます。
回折格子
目次1 回折格子2 ヤングの実験と回折格子の違い3 問題へのアプローチ 回折格子 回折格子とは 一方，ガラス板に平行なスリットを等間隔にたくさん（$1000$ 本以上！）並べたものを回折格子と呼びます ...
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Step3 反射がからむ干渉を理解する
くさびガラスとニュートンリング。「反射による位相のずれ」という新しいルールが登場します。
くさびガラス
目次1 くさびガラス2 反射による位相のずれ3 くさびガラスの干渉の結論 くさびガラス くさびガラスとは 2枚のガラスの板を用意してこれを重ね，片端にだけ紙をはさみます。 大げさに状況をまとめると次図 ...
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ニュートンリング
目次1 ニュートンリングとは2 ニュートンリングの干渉条件3 ニュートンリングの特徴 ニュートンリングとは 使用するガラス 同じく2枚のガラスを使うのですが，やや特殊なガラスが登場します。 1枚は平ら ...
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Step4 薄膜干渉で仕上げる
シャボン玉の色づきの正体です。光路長・光路差の考え方まで含めて，干渉の総仕上げをします。
薄膜干渉
目次1 薄膜干渉とは2 光路差と干渉条件3 干渉条件のまとめ4 薄膜干渉の続き 薄膜干渉とは 膜内に入るまで 空気（屈折率 $1$）から，薄い膜（屈折率 $n$）に，入射角 $i$ で光を入射します。 ...
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光波の干渉の要点まとめ
干渉条件の考え方（3ステップ）
- 干渉する2つの光を見つけ，光路差 $\varDelta D$ を求める（屈折率 $n$ の中では距離を $n$ 倍）
- 反射による位相のずれを数える（屈折率がより大きい物質との境界での反射で $\pi$ ずれる）
- ずれの合計が $0$ なら $\varDelta D=m\lambda$ で強め合い。合計 $\pi$ なら条件が逆転
実験ごとの経路差一覧
| 実験 | 経路差・光路差 | 備考 |
|---|---|---|
| ヤングの実験 | $d\dfrac{x}{L}$ | 近似計算の代表例 |
| 回折格子 | $d\sin\theta$ | 強め合い以外は全て暗い |
| くさびガラス | $2y$（空気層の往復） | 位相ずれ合計 $\pi$ |
| ニュートンリング | $\dfrac{x^2}{R}$ | 位相ずれ合計 $\pi$ |
| 薄膜干渉 | $2nd\cos r$ | 光路差で考える |
よくあるつまずきポイント
Q1. 明線条件と暗線条件がすぐ逆になります…
A. 「反射による位相のずれの合計」を最初に確認する習慣をつけましょう。合計が $\pi$（固定端反射が奇数回）なら，$\varDelta D=m\lambda$ が暗線条件に逆転します。
Q2. 位相がずれる反射はどっち？
A. 「屈折率がより大きい物質」との境界面での反射で $\pi$ ずれます（固定端反射）。ガラス→空気のように屈折率が小さい側との境界では，ずれません。
Q3. 光路長はなぜ $n$ 倍する？
A. 物質中では波長が $\dfrac{1}{n}$ 倍に縮むためです。距離を $n$ 倍に引き伸ばして考えれば，真空中の波長 $\lambda$ のまま干渉条件を立てられます。
さらに演習を積みたい人へ
光波の干渉は，東大をはじめとする難関大入試の頻出テーマです。基本をマスターしたら，過去問ベースの問題集で仕上げの演習を積みましょう。
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