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1 # 中國智軒
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2 # 見多識廣精選
這種顆粒感其實是 傳導鐳射光束的光纖(很多根組成的)衍射造成的錯覺!表現為密集的小亮點或小暗點,這些密集的小亮點或小暗點都是由衍射的波峰和波谷疊加形成的,波峰疊加波峰為亮點,波峰疊加波谷為暗點。如何實驗呢?將鐳射光束打在比較遠的白牆上,最好加一組透鏡或一個凸透鏡,放大即可觀察出,每一根光纖傳導的鐳射的衍射效果,再用一個白紙由遠及近,即可觀察出小亮點,小暗點是怎麼來的。我以前也有相同疑問,最後在實驗室自己找到了這個疑問的答案。一個粗的光纖是由很多根很細的光線組成的。衍射是每一根很細的光纖的鐳射產生的。
恭喜你慧眼如炬發現了鐳射散斑現象!這本質上是光的干涉效應。鐳射具有良好的單色性和相干性,當它照射到一般物體的粗糙表面上、從凹凸不同的地方反射到眼睛裡時,會有一個微小的光程差,它們相互干涉,有的相長,有的相消,從而形成明暗分佈的斑點。這裡粗糙是相對於光的波長(幾百奈米)而言的。類似地,鐳射透過表面粗糙的玻璃(如浴室的毛玻璃)時,從背面也可以觀察到細小的散斑。
然而以上知識點太簡單了,我們可以做一些稍加深入而有趣的拓展。當反射面或投射面上的凹凸起伏隨機時,散斑沒有明顯規律;而如果在透明板上特意設計和製作一些圖案P,就可以讓出射的無數束光相互干涉(其實就是衍射)形成特定的圖案P’,二者可以用傅立葉變換聯絡起來。玩具鐳射筆的前置圖案頭、酷炫的全息圖等都與這個原理相關。
舉個最簡單的例子,你可以在鏡子上劃一道痕跡(捱打概不負責)或者放一根頭髮(脫髮請自珍重),用鐳射照射並反射到牆上,很容易觀察到明暗相間、整齊排列的單縫衍射條紋;或者運氣好的話照到圓形的坑點或細小的灰塵,會在牆上投影出一系列類似牛頓環的同心圓來。麻雀雖小,五臟俱全,可別小看普通的鐳射筆哦, 在家裡完成這些實驗毫無壓力,快去試試吧!另外特別提醒一下,由於波長越長衍射效應越明顯,選用紅色鐳射會比綠色、紫色的更容易觀察哦。
備註:如果鐳射幾乎垂直入射到鏡子上,再接近原路返回,也會在牆上投影出一系列類似牛頓環的同心圓來。這個現象也很有趣,是我之前科普課堂上設計的等傾干涉簡化版,無需後置透鏡。然而這裡需要鐳射並非完全平行,有輕微的發散角,並不適合作為干涉演示的標準模型。故此處略去。