【ホログラフィの基礎】1.光波に関する用語を解説

こんにちは、unogram管理人のうのちゅ〜です。

【ホログラフィの基礎】シリーズとしてホログラフィに関する基礎的な用語を解説していきます。

第1回は【光波】に関する用語を解説していきます。光学の基礎的な用語が多いので、しっかり押さえておきましょう!

本シリーズは主に「ホログラフィ入門 コンピュータを利用した3次元映像・3次元計測」を参考にしています。書籍では数式や図を豊富に交えて解説されているので、気になる方はぜひ手にとってみてください(概要は計算機合成ホログラフィの初学者に最適!「ホログラフィ入門」にて解説しています)。

それでは見ていきましょう!



ベクトル波とスカラー波

光とは

光とは電磁波の一種です。人間の目に見える可視光を指す場合が多いですが、可視光よりも波長の長い赤外光や、可視光よりも波長の短い紫外光も光の一種です。

光は、電磁気学で学ぶような電場と磁場が相互作用することによって振動し、その方向と垂直な方向に進行する波です。

電場と磁場によって記述されるため、マクスウェル方程式に従います。

ベクトル波

ベクトルで決定される波のことをベクトル波と呼びます。電場と磁場は向きをもち、ベクトルであるため、光はベクトル波と言えます。

しかしながら、ベクトル量は成分ごとの計算処理が必要になるため取り扱いが難しいという欠点があります。

スカラー波

ベクトル波とは異なり、スカラー波は1つの式で表せる波です。電磁場も特定の状況下では各成分を1つの式で表すことができます。

コンピュータホログラフィの応用では、近似的に光をスカラー波として扱うことで計算を簡略化することが多々あります。

スカラー波として扱うと、電場や磁場を意識する必要がないため、取り扱いが非常にラクになります。

スカラー波の基礎

その他最低限理解しておきたいスカラー波の基礎についてまとめておきます。

  • スカラー波を決定する変数は振幅と位相
  • 初期位相:初期状態(x=0, t=0)のときの位相
  • 波数:周期2πの中に波長がいくつ入っているかを表す物理量



平面波と球面波

コンピュータホログラフィで扱う光は、平面波と球面波に大別されます。ここでは、これらの特徴について整理していきます。

平面波球面波
等位相面平面球面
強度・振幅・位相の特徴・照射後、振幅は一定のまま減衰しない
・振幅は定数として扱える
・強度は1/rで減衰
・半径rの球面上で振幅・位相は等しい

まとめ

今回は、【ホログラフィの基礎】シリーズ第1回として、【光波】に関する用語を解説してきました。ホログラフィを理解する上では、光学の基礎に関する知識は必須なので、しっかり身につけておきましょう。

次回はホログラフィの原理について概要を解説していきます。