5. 複数スリットによる回折

単スリットを等間隔で多数並べると,回折格子になります.
それでは数本だけ並べた時にはどうなるか?ということをこの実験では調べます.
スリットの数を変化させていった時の,回折パターンの変化に重点を置いて観察して下さい.
テキストには,実験方法として回折像を方眼紙に写し取れ,という指示が書かれています.この実験の目的は回折パターンの観察なので,その方法でも良いのですが,PCの操作に少し慣れてくると全てスキャナで取り込んだ方が格段に速く観測を進めることができます.
以下にはそれぞれの場合についての説明をしておきます.

実験方法

  1. 測定
    1. スキャナにより取り込む方法
    2. 紙にスケッチする方法

  2. 結果の見方
a. スキャナーにより取り込む方法

スライドの入ったプラスチックケースから左の写真のような「1〜8本スリット」を見つけて下さい.

これには8個のスリットがあります.それぞれのスリットは拡大すると,さらに細かい複数のスリットにより構成されています.

写真の赤い数字は,刻まれているスリットの本数を表しています.例として5本スリットの拡大図を左に示しました.
どの複数スリットもスリット幅は70μm,スリット間隔(スリットの中心から隣のスリットの中心までの距離)は140μmになっているはずです.

PCに取り込むときには,左の写真のように90度回転させた状態でホルダーに入れて下さい.
(回折パターンが横方向に広がるように)
横方向の位置調節は,回折パターンを見ながら,光学台をずらすことで行って下さい.

単スリットのときと同様にスキャナーで回折像を取り込みます.
フィルターなどで明るさを調節する必要があるかもしれません.一度スキャンする条件を決めたら,同じ条件で8個のスリットについて取り込んでしまって下さい.

取り込んだ画像は1枚の画像にまとめてしまいましょう.
左の図には,N = 1のときと2のときの画像をつなげる場合を例として示しています.
つなげたい2つの画像をクリックして手前に出して下さい.(左の図ではN=1が一番手前,N=2がその次に手前に来ています.)
その後で,図に示した“ステッチボタン”をクリックします.

ステッチボタンを押すと左の図のようなボックスが出てきます.
つなぎあわせる2枚の画像のそれぞれに,マーカー(丸の中に十字線が入っている)がのっています.画像は,この2つのマーカーのところでつながれます.回折像の中央部分がそろうようにマーカーを置いて下さい.

上のボックスで“OK”ボタンを押すと新しいウィンドウにつながれた画像が現れます.

このウィンドウの横に,N=3の画像を持ってきて,左の図のようにウィンドウを配置して下さい.

その上でまたステッチボタンを押して上記の操作と同様にして,回折像の中心位置を合わせるようにつないでいきます.

全部をつないだ結果です.拡大図はこちら

b. 紙にスケッチする方法

紙にスケッチする場合は左の絵のように,スリットをホルダーに取り付けます.(回折像は縦長に現れます.)

こうしておくと,位置合わせがレーザーの台の調整(下の写真を参照)のみで出来るようになるので,とても楽です.

レーザーの高さの調節には,支持台のハンドル(左の写真の丸をつけたところ)を回すことで微調整が効きます.

スポットの位置の調整にはこれを使って下さい.

方眼紙や白い紙にそれぞれのスリットの回折パターンを写し取ります.

スケッチする際には左の図のように,直線を一本引いて回折パターンの中心を合わせるようにして下さい.