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Nスリット干渉計は、ヤングの二重スリット干渉計としても知られる二重スリット干渉計の拡張版です。光学におけるNスリットアレイの最初の使用例の1つは、ニュートンによって示されました。[1] 20世紀前半には、マイケルソン[2]がNスリット回折のさまざまな例を説明しました。
ファインマン[3]は、ディラックの記法を用いて、電子の2スリット量子干渉を研究した思考実験について述べた。[4]このアプローチは、 1989年にドゥアルテらによってNスリット干渉計に拡張され、 [5]狭線幅レーザー照明、すなわち区別できない光子による照明が使用された。Nスリット干渉計の最初の応用は、複雑な干渉パターンの生成と測定であった。[5] [6]これらの干渉縞は、偶数（N = 2、4、6、...）または奇数（N = 3、5、7、...）のスリットに対して、Nスリット干渉方程式によって正確に再現または予測される。 [6]
いいえ-スリットレーザー干渉計
ドゥアルテによって導入されたNスリットレーザー干渉計[ 5] [6] [10] は、プリズム状ビーム拡張を使用して透過型回折格子またはNスリットアレイを照射し、干渉面の光電検出器アレイ（CCDやCMOSなど）を使用して干渉信号を記録します。[6] [10] [11] Nスリットアレイを照射する拡張されたレーザービームは、単一横モードで線幅が狭いです。このビームは、プリズム状拡張器の前に凸レンズを導入することで、伝搬面では非常に長く、直交面では非常に細いビームの形状をとることもできます。[6] [10]この1次元（または線）照明の使用により、顕微鏡検査やマイクロデンシトメトリーにおける点ごとのスキャンが不要になります。[6] [10]したがって、これらの機器は、単純なNスリット干渉計として、または干渉顕微鏡として使用できます。
この干渉構成の公開により、 Nスリット干渉計にデジタル検出器の使用が導入されました。[5] [11]
アプリケーション
安全な光通信
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これらの干渉計は、もともと画像撮影の用途で導入されたが[6] 、光計測にも役立ち、宇宙空間での安全な光通信や宇宙船間の通信に利用されることが提案されている[7] [12] 。これは、伝播するNスリット干渉縞が、ビーム分割などのマクロ光学的手法による傍受の試みによって壊滅的な崩壊を起こすという事実によるものである[7] 。最近の実験的開発には、地上の干渉計内経路長が35メートル[8]と527メートル[9]が含まれている。
これらの大型および超大型のNスリット干渉計は、伝播する干渉信号に対する微視的擾乱を含むさまざまな伝播効果を研究するために使用されます。この研究により、伝播する干渉縞に重ね合わせた回折パターンを初めて観測することができました。[9]
これらの回折パターン（最初の写真に示されているように）は、干渉縞の伝播経路にクモの巣繊維（またはクモの糸）を挿入することによって生成されます。クモの巣繊維の位置は伝播面に対して垂直です。[9]
晴天乱気流
Nスリット干渉計は、大きな干渉距離を使用して、晴天乱気流を検出する。[8] [9]晴天乱気流によって干渉信号に生じる歪みは、マクロ光学素子を使用して光信号を傍受しようとしたときに生じる壊滅的な崩壊とは、性質も大きさも異なる。[13]
拡大ビーム干渉顕微鏡
Nスリットレーザー干渉計の元々の用途は干渉画像化でした。[6] [10] [14]特に、1次元に拡大されたレーザービーム（断面が幅25〜50 mm、高さ10〜25 μm）は、画像化面（銀塩フィルムなど）を照らし、照射面の微視的密度を測定するために使用されました。そのため、干渉マイクロデンシトメーターと呼ばれます。[10]干渉計算を使用することで、ナノ領域までの解像度を提供できます。[6]マイクロデンシトメーターとして使用される場合、Nスリット干渉計はレーザーマイクロデンシトメーターとも呼ばれます。[14]
多重プリズムで拡大されたレーザービームは、極端に細長いレーザービームとも呼ばれます。ビームの細長い寸法（25～50 mm）は伝播面にあり、ビームの極端に細い寸法（μm単位）は直交面にあります。これは、1993年にイメージングおよび顕微鏡検査の用途で実証されました。[6] [10]このタイプの極端に細長い照明の別の表現には、線照明、線形照明、薄い光シート照明（光シート顕微鏡検査の場合）、および平面照明（選択的平面照明顕微鏡検査の場合）という用語があります。
その他のアプリケーション
Nスリット干渉計は、原子光学、 [15]、フーリエイメージング、[16]、光コンピューティング、[17] 、量子コンピューティング[18]の研究者にとって興味深いものです。
参照
参考文献
- ^ I. ニュートン『光学』（王立協会、ロンドン、1704年）。
- ^ AA Michelson,光学研究（シカゴ大学、シカゴ、1927年）。
- ^ RP ファインマン、RB レイトン、M. サンズ、「ファインマン物理学講義第3巻」（アディソン・ウェズレー、リーディング、1965年）。
- ^ PAMディラック『量子力学の原理』第4版（オックスフォード、ロンドン、1978年）。
- ^ abcd FJ Duarteと DJ Paine、 「Nスリット干渉現象の量子力学的記述」、 Proceedings of the International Conference on Lasers '88、RC Sze と FJ Duarte (編) (STS、McLean、Va、1989) pp. 42–47。
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- ^ Clauser, John F.; Dowling, Jonathan P. (1996-06-01). 「ヤングのNスリット干渉計による整数の因数分解」. Physical Review A . 53 (6). American Physical Society (APS): 4587–4590. arXiv : 0810.4372 . Bibcode :1996PhRvA..53.4587C. doi :10.1103/physreva.53.4587. ISSN 1050-2947. PMID 9913434. S2CID 34750766.