不知道你有沒有觀察到生活中的繞射現象？

比如水波

在遇到障礙物的時候路徑會偏折

聲波也會

所謂隔牆有耳

就是聲波可以透過繞射繞過障礙物

抵達牆的另一側

被牆後的人聽見

光也是一種波

所以也會有繞射現象

不知道你有沒有看過天堂光束？

天空被大片的雲遮蔽

只露出一個小洞

陽光從小洞灑下

因為繞射散開來

就形成天堂光束

另外

電磁波訊號的傳遞

也是透過光的繞射現象

比如radio或是手機訊號

從基地台傳出的訊號

可以透過繞射與反射

傳遞給各個位置的使用者

那我們要如何清楚的觀察光的繞射現象呢？

我們可以仿照雙狹縫繞射的實驗方式

先用濾波器確保只有單一波長的光通過

然後再讓光束通過一個單狹縫照射到屏幕

如此就可以觀察到光的繞射條紋

可以發現如同水波一樣

光束在通過狹縫之後往兩邊散開

要解釋這個現象

讓我們複習一下之前學過的惠更斯原理

波在通過狹縫時

每個點都可以視為一個新的點波源

向四周傳遞形成球形波

這些球形波的疊加就形成干涉波形

但我們也注意到

光的繞射圖樣與水波不同

有明暗相間的條紋

這又是為什麼呢？

這就要複習一下水波與光波的不同

如果仔細觀察水波的干涉條紋

會發現一些地方是完全相消干涉

稱為波節

一些地方是完全相長性干涉

形成波腹

在水波實驗中

這些振幅的差異並不明顯

但由於光的明暗是與光波的振幅有關

波腹的地方就會形成亮紋

波節的地方形成暗紋

所以光的繞射會有明顯的明暗條紋

如果我們把單狹縫的繞射條紋

與雙狹縫的干涉條紋比較

會發現它們有相似之處

條紋都是規律且明暗相間的

因此我們可以猜測

這些繞射條紋也是因為光程差不同而產生的

根據惠更斯原理

狹縫上各點可以視為新的點波源

由這些點射出的光會互相干涉

形成明暗相間的條紋

但是仔細觀察會發現

這些條紋並不是對稱的

中央亮紋看起來比較寬

且非常的亮

亮度由中間向兩側遞減

與雙狹縫干涉的對稱條紋不同

為什麼會這樣呢？

我們能否透過數學計算來解釋這個現象？

我們將在下支影片當中詳細介紹

光的繞射現象還有哪些有趣的科學應用呢？

不知道你有沒有看過3D全像圖？

雖然只是一張2D的圖片

但當用一束光照射這張圖

3D的圖像就浮現了！

當我們移動到不同位置

物體也會跟著移動

就像在觀看真實的物體一樣！

這是如何做到的呢？

其實它用到的就是繞射與干涉原理

全像圖的製作其實非常簡單

將一束雷射光透過分光片分成兩束A, B

其中一束光A會照射到物體

受到物體表面的繞射和反射之後

照射到底片上

另外一束光B則直接照射到底片上

兩束光在底片上會互相干涉

形成全像圖上的干涉圖樣C

也就是A加B等於C

它看起來亂糟糟的

但是如果我們用同樣波長的雷射光

從背面照射這張全像圖

就會產生3D的圖樣了！

這是為什麼呢？

如果我們把剛剛的等式改寫一下

有全像圖C

減去從背面入射的光束B

就會得到含有物體3D立體資訊的A了！

是不是很有趣呢？

我們來思考一下這個問題

今天我們學習到：

光是一種波

因此和水波、聲波一樣

也會有繞射現象

生活中的繞射現象

包含：電磁波的通訊、天堂光束、全像圖等等

單狹縫繞射圖樣

與雙狹縫干涉十分類似

也有明暗相間的條紋

是由於狹縫中每個點射出的光

彼此間波程差的干涉而產生

單狹縫的繞射圖案並非對稱

而是中間最亮

亮度逐漸往兩側遞減

最後我們來思考一個生活中常見的問題

不知道你有沒有發現

在汽車裡聽廣播電台

沒有什麼死角

但是手機訊號卻死角一大堆呢？

只要去廁所或是封閉一點的地方

訊號就變得很弱

由於電磁波訊號的傳遞

其實也是透過光的繞射現象

要解答這個問題

我們可以先來觀察一下肉眼可見的水波繞射

當波長比較長的波通過障礙物時

繞射會比波長較短的波來的明顯

如果光也有同樣的效應

是否就能解決剛剛的問題了呢？

試著查查看廣播和手機訊號的電磁波波長

與同學討論看看你的發現喔

今天就到這邊了

bye bye