2013年1月2日

科學玩具-光學-「柵片」集團與「柵」看之下(一)



這種彩虹眼鏡的鏡片是一種透明的薄膜板,上面每mm平均刻有約2000條條紋,也就是可以到達微米級的細微程度,而且條紋規則地交叉成垂直的十字格子狀,這一類物品稱之為「繞射光柵」。光線在可以通過的等間隔平行排列的縫隙,而繞射正是一種特殊的光學現象。
利用光柵,可以把射到它上面的一束光線分散成許多條,也可以把不同波長的色光分開。也因為它的發明與效果,讓人們覺得它比牛頓的分光實驗儀器-三稜鏡更加方便使用。透過繞射光柵看白色點光源,就能看見四面八方有許多彩虹,即使是夜晚也可以。
白光通過光柵就會被分散開來,可以看到光源也會形成許多影分身

光可視為是一種波動,也可以把它當作水波來看待,在光束通過狹縫之後,光波會以狹縫為圓心,以同心圓的方式擴展出去,這種現象就叫做光的繞射。由相鄰狹縫通過的光波紋會重疊,而且依照光程差的不同可以形成相長干涉或相消干涉。以前的科學家Young用的是雙狹縫做干涉實驗,進而完成歷史上第一次測定光的波長。
左邊是以前修課時,在周建和教授的課堂上所拿到的光柵片
右邊是參加2008物理年會房漢彬教授的工作坊所領到的金屬網

太陽光由七種色光組合在一起。陽光進入到光柵之後,重疊之後的光會因為波長不同而使得各個區段的光稍有差異,而且可以發現自然界的陽光的各色光譜是連續形的。所以只要透過這簡單的工具就能完成分光實驗。
請聰明的大家思考一下,為什麼只用一張光柵,就能形成相鄰的彩虹呢?

透過一張光柵片,就可以在四面八方看到一共8道彩虹。如果將兩張光柵片疊在一起,再來看白色點光源,更可以在四面八方看到一共16道彩虹。用手固定著其中的一片,轉動另外一片,就能發現彩虹會旋轉,效果有如同萬花筒一般地炫麗。這種色光光帶就是我們所說的可見光光譜,很漂亮吧!
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