エアリースパイラル四重巻き

エアリースパイラル(Airy's spiral)原型である、四重巻きの写真が撮れました。エアリーさんは1831年にこの渦巻きを最初に研究・発表しました。
2枚の偏光板の間にc軸に垂直に薄く切った右水晶と左水晶の板を重ねることで四重巻きのスパイラル模様が観察できます。
私は、それを再現しました。


①左巻き(反時計回り)



②右巻き(時計回り)


右巻き左巻きは、2枚の水晶の順番を入れ替えることで変えられます。

①左巻きは、手前に右水晶、奥に左水晶の順です。

②右巻きは、手前に左水晶、奥に右水晶の順となっています。

つまり、2枚の水晶のうち、手前の1枚は1/4波長板と同じような働きがあると思われる。

1/4波長板とは、元々は雲母の薄い板のこと。水晶同様の旋光性を持つ。180°の1/4の角度を曲げるから、1/4波長板という。

下記の順で並べると、１つの水晶玉(水晶板)の２重巻きエアリースパイラルが観察できる(エアリースパイラルと言えばこの方法)

２重巻きのエアリースパイラル観察法

光源→偏光板→水晶玉(水晶板)→1/4波長板(白雲母板)→偏光板→観察者

今回の４重巻きエアリースパイラルは1/4波長板の所を水晶板に変えたものである。

四重巻きのエアリースパイラル観察法

①左巻き(反時計回り)

(奥側)光源→偏光板→水晶板(左水晶)→水晶板(右水晶)→偏光板→観察者（手前側）

②右巻き(時計回り)

(奥側)光源→偏光板→水晶板(右水晶)→水晶板(左水晶)→偏光板→観察者（手前側）

今回使用した水晶板は直径約4cm、厚さは4mmで、株式会社マルヤマ宝飾にて六角柱水晶原石からカット＆研磨してもらったものだ。原石は、ブラジル産の白水晶で、結晶面から右水晶、左水晶を判断して用意した。

カメラはiPhone 5Sで撮影した。前回のブログで、カメラの焦点距離が干渉圏の大きさと比例関係であることを報告した。http://spiranthes.blog.so-net.ne.jp/2015-04-12

同様にエアリースパイラルでもカメラの焦点距離と比例関係があると推測されるので、焦点距離の短い広角なiPhoneを選んだ。

発展として、

水晶玉(直径1cm)と水晶板の組み合わせで観察してみた。

光源→偏光板→水晶板(右水晶)→水晶玉(左水晶)→偏光板→観察者

水晶板と水鳥玉の組み合わせによる４重巻きエアリースパイラル

小さい・・・

拡大してみると

見事な右巻き４重巻きエアリースパイラルです。

水晶板の右水晶の性質により、右巻きとなっています。

今回も、手前側の水晶玉が1/4波長板と同じような働きをしました。

肉眼では細かい干渉も見えるのですが、iPhoneの解像度でははっきり写っていないですね。

ちなみに、水晶板と水晶玉の順を逆にしてみましたが、残念ながらエアリースパイラルは観察できませんでした。おそらく、水晶玉の干渉圏が小さく、水晶板の干渉圏が大きすぎて、それぞれの光の波長同士の混ざり合い(干渉)が起こらなかったと推測される。

ちなみに、同じ大きさの水晶玉の右水晶と左水晶を重ねると、４重巻きのエアリースパイラルは観察されずに、暗くなる。

水晶板の４重巻きエアリースパイラルも中心部分は暗い。偏光板を直交した場合は暗くなるが、平行にすると白くなる。白いということから、おそらく光源の光がそのまま通過しているのだろう。

右水晶、左水晶の水晶玉をそれぞれ重ねたところ、中央の干渉圏が暗くなった。（偏光板を直交して配置した場合）

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タグ：エアリースパイラル 水晶