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物理光學

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鐳射干涉嘅想像圖

物理光學英文physical optics)係光學嘅一門,專門研究一啲幾何光學(將想像成幾何化嘅射線嘅做法)搞唔掂嘅光現象,好似係繞射干涉呀噉。

干涉

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内文:干涉

想像而家有兩束光(波動一種)同一種介質當中傳播,兩束光發生重疊,喺重疊範圍內嘅介質粒子同時受到兩股波嘅作用。波動係一種有週期、重複上上落落噉嘅振動,攞一粒粒子嚟睇,佢離平衡點嘅位移會等如個別波動造成嘅位移加埋一齊(疊加原理[e 1])。若果喺嗰一點兩股波咁啱都係達到最高點(相位一致),兩波喺該點同相,佢哋加埋嘅數值就會去到最高,形成所謂嘅建設型干涉[e 2];若果喺嗰一點兩股波咁啱一個去到最高點另一個去到最低點,兩波喺該點反相,佢哋加埋會係 0,形成所謂嘅破壞型干涉[e 3]。呢種思考法喺任何波動嗰度都適用,而如果考慮緊嗰股波動係光,一點嘅振幅就會由嗰一點「有幾光」嚟反映。

圖像化噉諗,可以睇吓下圖:

上圖係干涉嘅 gif 動畫圖解:兩條幼嘅線係個別波動,呢兩股波一股向右行進,另一股向左行進,又粗又黑嗰條線反映佢哋嘅「整體振動」——粗黑線每一點嘅高度,係兩股波嘅個別位移加埋一齊。

繞射

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内文:繞射

繞射[e 4]係指波動(包括光)遇到障礙物嗰時偏離原來直線軌跡。喺古典物理學入面,波動穿過狹窄嘅罅或者窿仔之類嘅障礙物嗰陣,會發生唔同程度嘅彎轉。假設將一嚿障礙物放喺光源同觀察屏之間,就會見到觀察屏上面有光亮區域同陰暗區域,啲區域嘅邊界唔銳利,係一種明暗相間嘅複雜圖樣。如果採用好似雙罅實驗噉嘅佈置(下圖),一束光通過兩條狹窄嘅罅,兩條罅出嘅光會各自出現繞射,佢哋之間仲會彼此干涉。

繞射效應喺日常生活裏便唔罕見。好多光繞射嘅實例都可以用肉眼觀察到。例如喺 CD 或 DVD 光碟嘅表面,會有均勻噉緊密排列嘅光軌,呢啲光軌相當於繞射光柵嘅作用。如果以一定嘅角度睇,會見到光喺光碟表面表現出類似彩虹嘅彩色圖案。

偏振

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内文:偏振

偏振[e 5]係講緊光波向咩方向振蕩——上下噉振定係左右噉振。喺正常情況下,一股光波會帶有多個平面嘅振動;但係某啲物質有能力令到一股光波極化[e 6]。當一股光波極化嗰陣,佢會變成淨係喺某啲平面上有振蕩,例如一股光波本來帶有上下振蕩又有左右振蕩,經過咗極化就可能會變成得返上下嗰股振蕩。

偏振可以由反射折射或者某啲材料引起,例如偏光鏡,嚟令光線發生極化。當光線喺非金屬(例如或者玻璃)嘅表面反射,佢哋好多時都會極化。要觀察偏振,觀察者可以攞住塊偏光鏡(例如太陽眼鏡或者相機鏡頭入面嘅濾鏡,透過塊材料嚟望由非金屬表面反射過嚟嘅光,然後就要慢慢旋轉塊偏光鏡,觀察者一路旋轉,會發現光線嘅強度慢慢噉變。當偏光鏡嘅同反射光嘅偏振方向對齊嗰陣,光線會顯得比較暗。當垂直嘅時候,光線會睇落更加光亮。

參考

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文中用咗嘅詞彙嘅英文版:

  1. superposition principle
  2. constructive interference
  3. destructive interference
  4. diffraction
  5. polarization
  6. polarized