光的折射

折射定律、全反射、色散現象、薄透鏡、光學儀器

雙折射現象、電光效應與波版

雙折射現象、電光效應與波版 (Birefringence, Electro-optic Effect & Waveplate)
國立臺灣大學物理所 任蕎東

一個平面光波通常會有兩個互相垂直的偏振方向,而在某些特殊應用上,我們可能會希望讓入射波的這兩個偏振以特定的相位差出現,這時我們便可使用一種稱為波版的元件來達到目的。波版是一種利用物質(通常是晶體、液晶……等)的雙折射現象的光學元件。所謂的雙折射現象,指的是光在通過物質時,由於物質的晶格排列導致不同偏振方向的光會在晶體彼此正交的光軸上觀察到不同的折射率,進而產生不同的相速度 (phase velocity)。這彼此正交的光軸共分為二種:一是波的行進方向與其能量傳遞方向同向,我們稱之為尋常波 (ordinary wave);反之我們稱之為異常波 (extraordinary wave)(見圖一)。

孔徑

孔徑 (Aperture)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

孔徑,又稱為光圈,其有兩大功用,一是調整、控制光學儀器的光通量,二是調整影像效果,廣泛應用在相機、望遠鏡及顯微鏡中。在相機中,調整光圈大小可以控制影像的景深、鏡頭成像畫質,並且和快門同時調整總進光量。光圈的組成常為數片多邊形的金屬薄片,藉由控制薄片的位置遮擋光線,來控制鏡頭的光通量。

光與人體的彩色視覺

光與人體的彩色視覺(Light and Human Color Vision)
國立彰化師範大學科學教育研究所博士生 王淑卿

人的眼睛就像是一具極度精密的相機,接收物體所發出或是反射的光以後,經過各種有如光學變焦透鏡組的構造,轉化成神經訊號,終於在大腦中形成我們所感知的彩色視覺。

哈利波特的魔法透鏡

哈利波特的魔法透鏡 (Harry Potter’s magical lens)
國立臺灣大學物理系教授 陳義裕

雖然哈利波特的隱形斗蓬令人欣羨,但是小說家的想像力常常是領先科學家一截,所以如果我告訴你科學家直到今天仍然無法在隱形斗蓬的研究上取得令人滿意的進展,我猜你可能也不會很失望。但是,沒有突破性進展是一回事,這可不代表就沒有人想得出妙點子來!於 2014 年,Rochester 大學的光學家 Howell 教授和他的研究生 Choi 利用簡單的透鏡組合,示範了如何以非常低成本在自家完成(一如你我的)窮苦人家的隱身夢想!

散射

散射 (Scattering)
臺中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

所謂散射是指光波、音波、電磁波或粒子,經過介質的時候,受到不同位能的影響,導致前進方向的改變稱為散射。在高中物理的領域,常見的散射有雷利散射 (Rayleigh scattering)、康普頓散射(Compton scattering)、拉塞福散射(Rutherford scattering)與X光散射技術(X-ray scattering techniques)。

拉塞福散射示意圖。 上方:預期結果:阿伐粒子不受到擾動地通過梅子布丁模型。 下方:觀測結果:一小部分阿伐粒子被反彈,表明全部正電荷集中於一個很小的區域。

球界面的折射成像 –笛卡兒公式、造鏡者公式

球界面的折射成像 (Refracted Image of the Spherical Interface) –笛卡兒公式、造鏡者公式
臺南市私立光華女子高級中學物理科楊盛智老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

本文將以簡單的幾何推導,說明球狀界面的折射成像情形,並推得笛卡兒及造鏡者公式。

光纖(Fiber)

光纖(Fiber)
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

前言

光纖是二十世紀偉大的發明之一。光纖能夠攜帶非常大量的資料以非常低的損耗傳送很遠的距離,與傳統電纜相比光纖也具有重量輕與體積小的優點,同時光纖也有難以竊聽及干擾的特性,是目前通訊中不可或缺的技術。

彩虹仰角之探討

彩虹仰角之探討 (Angle of a Rainbow)
國立彰化高級中學物理科劉翠鵑老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

「所謂的彩虹,不過就是光。只要心還透明,就能折射希望!」。這是某首歌的歌詞,或許描述得不如教科書上精確詳盡,但確實也點出了彩虹形成的幾個要素──光、折射。彩虹是一個充滿想像的產物,但若從科學的角度來看,即為光進入水滴經反射、折射後,以某個角度進入眼睛。若光平行地面入射,經水滴折射兩次反射一次,則形成所謂的「虹」,虹的紅光在仰角42度;若光經水滴折射兩次反射兩次,則形成顏色較淡的「霓」,霓的紅光在仰角51度,如下圖所示。

底片(Film)的演化

底片(Film)的演化
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

(1)人眼視角:人的眼睛雖然可以左右看到角度180度,上下看140度,但是能清楚分辨形狀及顏色的視角為50度左右,標準鏡頭是以人的肉眼的視角設計的鏡頭,拍出來的效果很像電腦上的一句話:What you see is what you get.

三稜鏡最小偏向角

三稜鏡最小偏向角 (Minimum Possible Deviation of the Prism)
國立彰化高級中學物理科賴文哲老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

稜鏡有很多類型及不同的功能,一般常提到的三稜鏡 (triangular prism)是以三角型為底,長方形為邊的三稜柱。光從一個介質進入到另一個介質時,速度會改變而產生折射,由於介質的折射率與光的波長或光的顏色有關,而產生色散作用。牛頓是第一個注意到稜鏡將無色的光分裂出顏色的科學家,他也利用透鏡和第二個稜鏡將彩虹重組成白光。

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