2013年1月31日

科學玩具-光學-「柵片」集團與「柵」看之下(五)


如果兩個形狀相似,但週期稍有差異的圖樣重疊在一起(當然有些部份是要透明的),就會出現一個較為明顯的疊紋圖樣Moiré Pattern)。生活當中到處都可以看到這種圖樣,比如說把孔目比較小的網子重疊在一起,或是在有網格的座椅背面,都可以看到這些漂亮的紋路。

從遠方看著這些重疊的且週期性變化的圖樣時,不免讓人聯想到波的教學,像是觀測者離圖案的遠近距離會不會影響到觀測的結果?如果是自己以水平移動的方式來觀察呢?前後兩個週期性變化的物體平移時對於圖案會不會造成不同的變化?那如果是垂直移動呢?以上的問題結論都是:會!不論你或重疊物體做任何方式的移動,都會使圖案稍有差異。
光柵片有大也有小,可依需求請賣家裁切
紋路的粗細與緊密也有不同的規格

之前介紹過幾篇光柵的文章都有提到,如果光柵寬度趨於細微,接近光的波長,更可以將各種不同的色光分離出來,這是之前就討論過的現象。但如果是光柵的條紋顯而易見呢?是不是還會有相同的結果?
仔細比較一下,看得出來左圖和右圖之間的差異嗎?
只要疊合角度有些許變化,疊紋圖案就會有不一樣的地方

所以,就拿出製作立體圖片的光柵片來做示範吧!擺直的或擺橫的都沒關係,只要將兩片規格相同的光柵片疊合在一起,讓疊放時的角度有偏差,即能產生干涉條紋的現象。此時不管是穿透光柵而來的光線或是從光柵上反射出來的光線都會形成相消或相長的干涉條紋。我們稱它為疊紋現象,圖樣的出現是根據光柵的形狀、規格(寬度及變化週期等因素)以及疊合角度而定,再出現各種不同的變化。

有的是完全重疊,有的地方是部份重疊,有的地方是完全不重疊。所以就使得光線穿透的程度有些微差異。進入到眼睛之後,我們所感知到的就是線條明暗的變化。
左邊的亮暗條紋週期變化和右邊的亮暗條紋週期變化明顯有不同的地方
如何做才能出現這種差異呢?請繼續往下看

只要疊合的角度偏差越多,就會形成越密集的條紋。如果發現紋路間越來越緊密,就表示偏差角度變得更大,也就是轉動調整的方向是錯誤的。如果條紋變少或變寬,則往同一方向繼續旋轉,就會讓條紋逐漸消失。
所以你應該比較出來這一張照片和上面那兩張的差別了,紋路變密了!
只要轉動其中任一片,就會觀察到條紋的改變

這等於是一種放大版的干涉演示,把肉眼看不到的微米級光柵條紋變成可以觀察的教具。當然不是每個老師都有這種那麼大的板子(40cm*25cm)可以在課堂中演示出這一類光學變化的現象,所以這裡也提供一個變通方法(邊打字邊想到的),其實拿科學玩具─光學─魔幻動漫卡中的透明塑膠片或驗鈔卡就可以玩囉!
把鏡頭拉遠一點,就可以比較兩張重疊角度上的差異
看起來似乎可以教縱波的長度、週期和頻率呢

如果將光柵片直接面對光源,彩虹就出現了

可以發現光線穿透這一類光柵板時也會產生分光的現象,尤其是在邊緣的地方
因為光柵板上的突起紋路其實就是許多的小稜鏡啊

參考文章:

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