掠射角

掠射角 (Grazing Angle)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

掠射角和入射角的關係

相信大家對於入射角、法線這兩個名詞一定都不陌生,當有一道波撞上一個平面時,波前進的方向和平面法線的夾角,我們稱為入射角,以上就是入射角的定義,如圖一所示。那麼掠射角又是甚麼呢?

[影音] 大師講座:中村修二《嶄新光明大道》

[影音] 大師講座:中村修二《嶄新光明大道》

[影音] 2014諾貝爾獎物理獎得主中村修二:嶄新光明大道

IMG_7668中村修二被譽為藍光LED之父,是2014年諾貝爾物理學獎得主。

臺灣大學特邀現任職於美國加州大學聖塔芭芭拉校區中村教授,來臺大演講進行一場公開演講,全程以英文講述。

◕ 講題:Road toward the new light–the history of the bright blue LEDs

◕ 時間:104年9月3日15:00

◕ 地點:臺大集思會議中心 國際會議廳

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!

鑑別率

鑑別率 (Resolving Power)
國立臺灣大學化學系 101級 郭中弘

(此處忽略像差造成的鑑別率問題,有興趣者可以參考《像差》)

當你在晴朗的夜晚抬頭仰望天空,看見滿天星斗,驚嘆造物者的藝術天分之餘,你可能會發現,若兩顆星星在視覺上的位置靠得很近時,它們外圍的光暈可能會有部分交疊在一起,讓它們看起來好像連在一起,當這兩顆星越接近,你看它們就越覺得模糊,直到它們靠近到一個程度,你就再也無法用肉眼分辨它們。

理論上兩點光源通過光學系統成像在平面上是仍是兩個個別的光點,但實際上,當光線通過光學元件時,會因為繞射現象變成一個光波的強度分布,而不再是一個點。以人在看星星為例,當星光(光源)透過人眼的水晶體及瞳孔(光學元件)時就會產生繞射,由於瞳孔是環形構造,因此產生環形的繞射強度分布。

同樣的現象在光學儀器的偵測上也會發生,觀察遠方的兩光源時,儀器所偵測到的是兩光源分別繞射後波形相加的結果,當兩光源過於接近,或者是觀察者和光源的距離過遠時(亦即觀察者對兩光源的視角過小時),因為光強度分布的關係,在兩光源中間重疊形成一個較強較大的訊號,觀察者只觀察到此訊號,卻無法區分這是兩個不同的光源還是一個大且亮的光源。

原子鐘發展背景與現況及高精度時鐘在基礎科學扮演的角色

原子鐘 (Atomic clock) 發展背景與現況及高精度時鐘在基礎科學扮演的角色
東京大學理學博士黃郁珊編譯/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

自古以來時間的計時依賴的是規律而週期的變化,比如說每天的日升日落。後來人類發明了機械式的鐘擺時鐘,其準度可達10-5。而較晚發明的石英振盪器所產生的電子振盪訊號可到達10-9的穩定度,使之成為原子鐘發明前最精準的計時方式。由於傳統的鐘擺或是電子振盪器的頻率易受環境條件的強烈影響(例如溫度、濕度、材質老化等等),使得他們的計時精確度無法得到進一步的突破。相對地,原子內部能階的躍遷頻率 (transition frequency) 基本上取決於各種基本常數因而具有極小的環境影響參數。因此,原子的內部躍遷頻率成為極有價值的計時參考源。自1950年以來原子鐘就成為世界上最準的計時儀器。

目前世界上最精準的時鐘-光晶格光頻原子鐘在低溫環境下的突破

目前世界上最精準的時鐘-光晶格光頻原子鐘在低溫環境下的突破

目前世界上最精準的時鐘-光晶格光頻原子鐘在低溫環境下的突破
東京大學理學博士黃郁珊編譯/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

編譯來源:次世代時間標準「光格子時計」の高精度化に成功(科学技術振興機構(JST) 2月10日新聞稿)

東京大學香取秀俊教授的研究團隊在2015年二月份的《自然光子學期刊》 (Nature Photonics) 發表他們的光晶格光頻原子鐘的研究成果,該研究團隊成功地打造兩台以鍶原子為基礎的最先進光頻原子鐘(如圖一),藉由兩台原子鐘的互相比較,證明其相對誤差在2×10-18的範圍內,相當於兩台時鐘須花160億年才會產生1秒的相對誤差。此外,透過系統分析,這兩台原子鐘的不準確度(inaccuracy)為7.2×10-18,這是世界上首次的成果,相較於目前用來定義「秒」的微波銫原子鐘,其準確度高了一百倍。

干涉

干涉 (interference)
國立臺灣大學物理博士班嚴治平

在介紹干涉 (interference)之前,先介紹相位 (phase)與疊加原理 (superposition principle)!相位是波 (wave)最重要的性質之一,而疊加原理則是處理數個波在時間、空間上重疊時的方法。

先以一維的繩波來介紹:

在同一條繩子上有兩個繩波相向而行(參見圖一),當兩波交會時,在交會處繩子的振動方式乍看之下似乎有點複雜,但其實並不然,因為只需把向左傳播的繩波跟向右傳播的繩波在相同位置的振動相加便可,這就是疊加原理。不論有幾個波重疊在相同的時間、空間,將各自的振動相加就可以得到總和的波。 當不同的波在空間的某處疊加在一起時,我們便說這些波在進行干涉。

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。

吸收(Absorption)

吸收(Absorption)
台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

所謂吸收是指電磁波在經過物質轉變成其他形式的能量, 例如變成熱而造成晶格震盪(lattice oscillation)。比如說:在一個含離子的固體中,當電磁波通過時,正負離子會以不同方向震盪,因而產生另一個電磁波,所以會造成原始電磁波強度 的衰減。當原始電磁波的頻率與晶格震盪的自然頻率相同時,兩波產生共振,因此原始電磁波被吸收的強度會達到最大,亦即吸收會達到峰值,對一般晶體而言,這 樣的峰值大多落在紅外光區,所以大部分的電磁波被吸收後,轉變成熱能。

上圖為可吸收各種波長的太陽光譜,即使在早晨、黃昏或陰天等非理想環境狀況下,都可有效轉換產出更多的電能。

牛頓環

牛頓環 (Newton’s rings)
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

牛頓環(Newton’s rings)的現象,是由艾薩克.牛頓(Isaac Newton)發現的,所以命名為牛頓環,這是一種薄膜等厚干涉的現象,所謂薄膜等厚干涉現象,(參見Fig.1)是在厚度 $$d$$ 很小的情況下,薄膜厚度 $$d$$ 相同的位置,具有相同的光程差,故會對應同樣的干涉條紋,此現象可以解釋光的波動性質。

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