フィゾー干渉計

フィゾー干渉計（フィゾーかんしょうけい、英: Fizeau interferometer）は、2つの反射面を向かいあわせに配置した構成をもつ干渉計である。図1に示すとおり、透明な第一反射体の裏面で反射した光と、第二反射体の表面で反射した光とが干渉縞をつくる。

図1: フィゾー干渉計

フィゾー干渉計という用語は、アルマン・フィゾーが1851年に行なった有名な実験で使用された構成の干渉計を指す場合もある。この実験は、一見オーギュスタン・ジャン・フレネルの提唱した部分的エーテル引きずり仮説（英語版）を支持するかに思われたが、後にアインシュタインが考案した特殊相対性理論により解決される物理学上の危機をもたらした。フィゾーの実験を参照。

応用

フィゾー干渉計は光学面の形状測定によく用いられる。典型的には、レンズやミラーを製造した後は所望の形状の基準面との比較を行う。図1に示すフィゾー干渉計は光学平面（英語版）の試験に用いられる構成を示している。精密な形状をもつ基準平面を試験対象平面の上に薄いスペーサーを挟んで置く。基準平面はわずかな（数分の1度ほど）傾斜をもっており、表面からの光が干渉を起こさないようになっている。単色のコリメート光（英語版）を2つの平面に照射し、ビームスプリッターにより干渉縞を観測できるように取り出している^[1][2]。

回折光学素子（計算機合成ホログラム（英語版）、CGH）による基準を用いることもできる。このとき高精度リソグラフィにより製造された素子が使われることもある。図2はCGHをもちいた光学試験を図示している。図では拡大されているが、実際のCGHの線間隔は1–10 µmのオーダーである。レーザー光がCGHを通過するとき、0次回折光は波面を変えないが、1次回折光には所望の試験面形状と一致するような波面をもたせることができる。図示した構成のフィゾー干渉計では、0次回折光は基準球面に、1次回折光は試験面に向けられ、2つの反射光線が干渉縞を形成するように構成されている^[3]。

図2: 計算機合成ホログラムを用いたフィゾー干渉計による光学試験

フィゾー干渉計は、光ファイバーセンサーを用いた圧力、温度、ひずみなどの計測にも用いられている。

フィゾーのエーテル引きずり実験

図3: 水の動きが光速にもたらす影響を計測するためのフィゾー干渉計

1851年、フィゾーは図3に示すようなまったく違う形の干渉計を用い、媒質の運動が光速にあたえる影響を計測した。

当時主流だった理論によれば、運動する媒質中を伝わる光は媒質により引きずられることで、媒質の運動と媒質中の光速を単純に足し合わせた速度で伝わると考えられていた。

フィゾーはたしかに引きずり効果を検出したが、その大きさは予期された大きさよりもずっと小さかった。この結果はフレネルの提唱した、部分的エーテル引きずり仮説を支持するように思われたが、ほとんどの物理学者を混乱させるものであった。

このフィゾーの意外な実験結果に満足ゆく説明がなされたのは半世紀たってアインシュタインの特殊相対性理論が登場してからであった。

実験構成

傾いたビームスプリッターにより反射された光はレンズにより平行化されたのちスリットにより2つの光線にわけられ、速度vで運動する水が通る管の中を通過する。それぞれの光線は管の別部分を通り、鏡で反射されて管の逆側を通って戻ってくる。したがって、2つの光線は同じ経路を通るがそれぞれ逆方向に流れる水の中を伝わることになる。この2つの光線を検出器にて重ねると、それぞれの経路を通るのにかかった時間の差により干渉縞が形成される^[4]。

干渉縞を解析することにより管のそれぞれの部分を通る際の光速を決定することができる。

関連項目

• アルマン・フィゾー
• 干渉計の型の一覧