光纖光柵 (Optical Fiber Gratings)
國立臺灣大學光電工程學研究所 許世昌

光纖光柵

光柵不僅可製作於平面基板上，亦可製作於玻璃光纖上，即以UV（紫外光）照射具感光特性的光纖，寫出週期性的折射率變化，達到光柵效果。常見光纖光柵有光纖布拉格光柵 (Fiber Bragg Gratings, FBG) 與長週期光纖光柵 (Long-period Fiber Gratings, LPFG)，在光纖中分別扮演截然不同的角色，前者可視為特定波長下的反射鏡，後者則為衰減器。若我們在光纖中寫上週期性的光柵，它可用來調制特定波長的模態。以光纖布拉格光柵來說，在光纖裡由左往右傳播的光波，經適當週期的光柵繞射（大約幾百奈米），會產生反向傳遞的光波，如圖一。

圖一、常見光纖光柵示意圖

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二氧化碳雷射 (Carbon Dioxide Laser)
國立臺灣大學物理系 蔡雨錡

要了解二氧化碳雷射前，首先要來了解雷射。電子狀態有不同的能階，當電子自發地從高能階往低能階躍遷時會釋放出相應能量的電磁波，這樣的現象稱做自發射 (spontaneous emission)。如果有外界干擾（例如入射電磁波），也會促使電子從高能階往低能階躍遷，如此而釋放出電磁波的現象稱為受激發射 (stimulated emission)。雷射就是靠這種「以光生光」的機制來產生相干性很好的光源。受激發射的概念是愛因斯坦在1917年首度提出。受激發射所有光學特性跟自發辐射相同，包括频率、相位、前进方向，只是光的强度放大。而「laser」就是受激發射的光訊號放大 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 的縮寫。 Continue reading →

氦的發現 (Discovery of Helium)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2014年8/9月）

雖然氦在可觀察到的宇宙是第二多的元素，但可由鈾等的放射性元素衰變而生成的氦，在地球上卻是相對稀少。事實上，氦真的太稀少了，所以直到 1868 年才被發現，這主要都要歸功於兩位科學家的努力，一位在英國，另一位在法國。

1859 年，克希何夫 (Gustav Kirchhoff) 認知到可用太陽和其他星球所輻射出的光譜來推斷它們的化學成分。克希何夫使用此方法，發現了銫和銣兩種元素。天文學家對日珥─如火焰般絢麗的氣流，現在已知是稠密氣體的熱雲，的研究尤其感興趣。科學家相信觀察日珥最好的方法是在日食期間。  Continue reading →

荷蘭天文學家法比利薩斯觀測到太陽黑子 (Dutch astronomer Johannes Fabricius observes sunspots)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2015年3月）

凡爾納 (Jules Verne) 在他的古典科幻小說《從月球到地球》(From the Earth to the Moon) 中提及一位 17 世紀的天文學家法比利薩斯 (Johannes Fabricius)。在小說中，法比利薩斯 (Johannes Fabricius) 宣稱他曾從望遠鏡中看到居住於月球上的外星人。外星人是虛構的，但法比利薩斯卻真有其人。這位荷蘭人是最先從望遠鏡觀測到太陽黑子的其中一位，也是最早確認黑子的人，貢獻雖小但卻很重要，因當時天文學正處於兩個競爭的太陽系模型的抉擇關頭。 Continue reading →

薛丁格 (Erwin Schrödinger) 寫信給愛因斯坦，說明「波動力學」
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2015年4月）

牛頓提出他的萬有引力定律和運動方程式，開啟了物理學的新時代。牛頓死後300年，薛丁格做出了類似的貢獻，他提出了量子方程式，等同於古典物理學中的古典運動方程式和能量守恆律。

薛丁格的父親經營一間油布工廠很成功，他是家中唯一的小孩，經濟的自主讓他可以追求化學和植物學的科學興趣。薛丁格在進入維也納一間文理中學（相當於美國的預科學校）之前，除了有一位兼職的家教外，早期的教育大都來自他的父親。他喜愛數學和物理，也很欣賞德國詩詞及戲劇，但對文學批評和硬背歷史事實很厭煩。他繼續到維也納大學深造，在那裡首先上了哈森諾爾 (Friedrich Hasenöhrl) 的理論物理課，後來成了他的論文指導教授。 Continue reading →

費曼的「布朗式棘輪」 (Feynman’s “Brownian Ratchet”)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2013年5月）

圖一、費曼 (Richard Feynman)
（圖片來源：wikimedia commons）

1948年，愛丁頓爵士 (Sir Arthur Eddington) 清楚說明熱力學第二定律佔據著「自然法則最高的位置」。他哀嘆說，如果有人設計出一個違反第二定律的理論，「就會走上徹底恥辱性的崩潰一途」。雖然如此，卻無法阻止物理學家三不五時就提出推測性的想像實驗，看看要如何違反第二定律，這些過程也因此深化了我們對它的理解。

其中最著名的「馬克士威精靈」，是馬克士威 (James Clerk Maxwell) 最先於19世紀，1867年12月給蘇格蘭數學家泰特 (Peter Guthrie Tait) 的一封信中所提出的。馬克士威想像說，有一個容器，裡面充滿溫度相同的氣體分子，有一個絕緣隔板將容器一分為二。容器內有一個精靈定期地打開隔板上的門，讓速度比平均要快的分子往同一方向流動，一段時間後，兩個空間就會產生溫度的差異，可以用來做功。以第二定律的統計性來看，這隻精靈似乎打敗了熵的增加。 Continue reading →

黎曼論彎曲空間的經典演講 (Riemann’s classic lecture on curved space)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2013年6月）

1915年，愛因斯坦基於他在特殊相對論提出的四維時空概念，發表廣義相對論，改變了我們對宇宙的看法。他說明時空中的翹曲與彎曲，乃是對質量與能量的回應。廣義相對論的幾何基礎是由德國數學家黎曼 (Georg Friedrich Bernhard Riemann) 於大約60年前的研究所奠定的。

黎曼 (Georg Friedrich Bernhard Riemann) （圖片來源：wikimedia commons）

1826年，黎曼出生於現在的德國，家中有6個小孩，他排行第二，父親是路德教派的牧師，親自教導兒子直到他10歲為止。年輕的黎曼既害羞又神經質，但很有數學天賦，當他在漢諾威上中學時，他的數學好到有時超越了他的老師。1846年，他父親湊了足夠的錢，送兒子去哥廷根大學 (University of Göttingen) 就讀。黎曼起先想要研讀神學，以便幫忙維持家裏的生計。但之後，他去上高斯 (Carl Friedrich Gauss) 和斯特恩 (Moritz Stern) 的課，他們都鼓勵他改換研習科目。黎曼帶著父母的祝福，於隔年轉學到柏林大學，跟隨當時幾個最有名的數學家學習。 Continue reading →

霍金 (Stephen Hawking) 承認賭黑洞資訊會遺失是錯誤的
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2013年7月）

1684年，雷恩（Christopher Wren，英國著名的天文學家及建築師，皇家學會的創始人之一，並曾任會長。）宣佈了一個所謂的賭注：他承諾送一本價值40先令的書，給最先證明克卜勒定律可以從平方反比律推導出來的人。3年後，牛頓的《自然哲學之數學原理》出版了，書中牛頓對此挑戰提出回應，但卻太遲了^﹝1﹞，以致無法獲得賭金。雖然如此，這可是最早有紀錄的科學賭注之一，直到現在，物理學家似乎仍對打賭特別感興趣。

舉例來說，費曼 (Richard Feymann) 於1959年打賭說，要建造一個小於1/64吋的引擎是不可能的。他當時希望可以提供誘因，給有事業心的科學家，發明新的製作技術。然而，一位名叫麥克雷蘭 (Bill McLellan) 的工程師，使用既有的業餘無線電技術與零件，製成了那麼小的引擎。費曼大可拒絕付賭金給此技術 ─他並未真的正式下賭注─ 但他還是依承諾付給麥克雷蘭1,000美元，雖然他表達了對於他的目的未能達成感到失望。 Continue reading →