いまさらきけない光学計算第1回:光線と波面

この記事の内容

1-3: 直交するとは?

ここで「光線と波面が直交する」、の意味を考えてみましょう。 一言で表現すると、

「局所的な波面の進行方向を表すものが光線」

ということです。数学的に考えると、「波面の法線が光線」です。赤い矢印を「ベクトル」であると考えるとしっくりきませんか?
また、波面が「面」であるのに対し、光線は波面上の任意の「点」における進行方向を示す法「線」です。即ち、波面を局所的、離散的に近似したものが光線です。

絵にするとよくわかります。下図は、ある点光源を中心として同心円状に青い円弧(波面)を描き、その円弧に対して青い垂線を引いたものです。青い矢印は、ちょうど光線(赤)と重なります。つまり、光線の向き(波面の法線)は、その位置における波面の進行方向をあらわします。

光線と波面の進行方向

他のケースでも光線と波面の関係を見てみましょう。以下に発散波面(発散光)、平行波面(平行光)、収束波面(収束光)、任意の波面の4パターンを示します。波面に垂線を引くと光線となり、光線の先端(赤い矢印)を結ぶと再び波面が出来上がります。


光線と波面の典型例

ここまでで、イラストを中心に説明してきましたが、光線と波面の関係について、なんとなくイメージできたでしょうか? イメージをつかむことが出来れば、壁の半分は崩れたようなものです。(つづく)

<< 前へ | 次へ >>

目次

 


お問い合わせ