干渉

2つの波が重なった時、互いに強め合ったり、弱め合ったりする現象が起こる。この現象を干渉と呼ぶ。水の表面に張っている油膜が虹色に見えたり、シャボン玉が虹色に見えるのは光の干渉のためである。油膜やシャボン玉の膜の表面で反射した光と、裏面で反射した光が干渉している。膜の厚さに応じて、特定の光が強め合ったり弱め合ったりして色々な色が見える。

光学レンズに施されている減反射(AR)コーティングも干渉を利用している。
特定の物質を適切な厚さでコーティングすることで、コーティング層の表面とガラス表面で反射した光が互いに干渉して、弱め合うことで反射率を低減している。

図1: 干渉

回折

回折とは、光が回り込んで拡がる現象である。例えば、レーザー光をピンホールに当てると、ピンホールを通った光は図2のようなパターンになる。これは、ピンホールを通るときに、光が波として回り込むためである。

図2: 回折の例

エアリーディスク

レンズで光を集光するとき、その集光点は現実的には有限の大きさを持つ。この有限の大きさの集光パターンをエアリーディスクと呼び、円盤状の光のパターンとなっている。エアリーディスクの半径は次式で計算することができる。

ここで、λは光の波長、FはFナンバー、NAはレンズの開口数である。この式は回折限界と呼ばれ、光学顕微像などの画像分解能の指標として利用されている。