十分に長い単スリットをもつ遮光板と、その後方に平行に置かれたスクリーンを用いて回折実験を行う。
単スリットの長手方向を鉛直方向、幅方向を水平方向とし、その幅を a とする。スリット面からスクリーンまでの距離を L とする。
青色レーザーと橙色レーザーの波長を、それぞれ λB、λO とする。2本のレーザーを同じ光軸に沿って一方ずつ単スリットへ垂直に入射させ、それぞれについてスクリーン上に生じる暗線の位置を記録する。その後、2つの記録を同じ座標上に重ね合わせる。
光軸とスクリーンとの交点を y=0 とし、スクリーン上の水平方向の位置を y で表す。
スクリーンの直前には、中央極大から検出器を保護するため、鉛直方向に十分長い帯状の遮光板が置かれている。この遮光板は ∣y∣<ymask の領域を覆う。遮光板はスクリーン直前にあるため、単スリットで生じる回折そのものには影響せず、この領域内の暗線だけが記録されないものとする。
検出器は ∣y∣≤ymax の範囲を左右対称に記録し、異なる位置の暗線は十分に分解できるものとする。
遠方回折として、単スリットの暗線条件
asinθ=mλ
を用いることができるものとする。ただし、m は正の整数である。
また、観測範囲では角度が十分小さいため、
sinθ≃tanθ≃θ
としてよく、本問ではこの近似から得られる暗線位置
∣ym∣=amλL
を用いて、暗線が記録範囲内にあるかを判定するものとする。
青色レーザーと橙色レーザーの暗線が同じ位置に現れる場合、重ね合わせた記録では1本の暗線として数える。
記録可能な範囲
ymask≤∣y∣≤ymax
に現れる、青色レーザーと橙色レーザーを合わせた異なる位置の暗線の総数を N とする。
同じ位置に青色と橙色の暗線が重なる場合は1本として数える。
N を自然数で入力せよ。
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