偏光? - 國立清華大學物理系科普網

Report
國立清華大學 物理系
戴明鳳教授
偏光片上的保護膜未拆移除前,觀察偏振
片逐漸被彎曲時,偏振片上的色彩變化。
255
255
255
電磁波波/頻譜
可見光僅佔其中非常小範圍的頻段.
The wavelength/frequency range in which EM waves (light) are visible is only
a
33tiny fraction of the entire electromagnetic spectrum.
What produces sun dogs?
 On
bright days the sky can display a variety of bright spots and arcs
(halos).
 Probably the most common display is a bright spot called a sun dog
that appears to the left or right of the Sun and sometimes on both
sides.
 Sun dogs often show colors  they can be mistaken for rainbows.
 However, sun dogs are not produced by water drops as rainbows are .
Norbert Rosing/National Geographic/Getty Images, Inc.
Unpolarized
visible light
X-rays
EM waves cover a broad spectrum of wavelengths (),
with waves in various  ranges having distinct properties.
The Crab Nebula show different structure for
observations made with waves of various .
Radio waves
Visible light passing through a
polarizing filter
蟹狀星雲(Crab Nebula)-天文上常用編號 M1,
NGC1952, Sharpless 244

位於金牛座(Taurus),與地球(或太陽系)距離約6500光
年,屬新星殘骸類型。

蟹狀星雲,其實長得不像蟹。原先是一個巨型的恆星,
即紅巨星,表已在恆星一生的末期。下一步即進入到一
般人常所說的超新星(Supernova)階段。

紅巨星內部的輻射壓無法抵抗自身恆星的重力,而造成
紅巨星本身向內塌縮,並將內部部分的物質以猛烈噴發
的方式擠壓出來。擠壓出的物質與星際物質劇烈碰撞,
而產生絢麗色彩的雲氣外觀。

此雲氣即為超新星殘骸(Supernova remnant)。
這些絢麗的顏色代表什麼物理意義呢?



http://apod.nasa.gov/apod/astropix.html -> Astronomy picture of the day
http://en.wikipedia.org/wiki/Crab_Nebula
哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)
以可見光波段所觀測到的蟹狀星雲
 星雲外圍橘紅色部分:為氫離子輻射區(HII
Regions), 表起初爆炸所噴出的物質與星際
介質中的中性氫對撞並游離氫原子,而氫離
子再和游離電子結合而產生的電磁輻射,此
電磁輻射波長大約為656.3nm,也就是電子
從n = 3的主量子數跳到n = 2的主量子數所
發出的電磁能量,物理上代表此區域為爆炸
波前緣與周圍星際介質互相作用的地方。
 內部中間綠色的部分:是重元素(氫、氦以外的元素)所發出的電磁
輻射。此區域多半含有氧、碳、硫等元素,輻射機制複雜。
 星雲中心藍色部分:表游離電子受星雲中心的高速旋轉中子星所
發出的強烈磁場作用而輻射電磁波。一般相信此為電子做同步輻
射所發出的電磁波,也表此中心區為高能輻射區域,並有機會觀
察到比藍光更高能的電磁輻射。
X射線天文望遠鏡所觀測到的蟹狀星雲

由錢卓拉X射線天文望遠鏡(Chandra X-Ray Observatory) 顯示蟹狀星雲
中心內部的情況。此影像拍攝的實際空間大小區域大約為9光年。

x射線人類肉眼無法看到,藍色部分是經電腦影像類比處理而得。

明顯可看出雲氣中間有一個小小的圓球狀物體,再更內部為以每秒30轉
的高速自轉中子星,或稱為波霎(Pulsar),

可以看到中間圓球狀的部分有一長條狀的氣流噴出,旁邊也有類似盤狀
的結構環繞中間的中子星。

看似氣體狀的雲霧其實是能量高的嚇人的電漿,幾十萬度K的溫度代表這
裡是電漿劇烈活動的區域,主要也是中子星高磁場影響。

看似氣體狀的雲霧是能量高的嚇人的電漿,
幾十萬度K的溫度表這裡是電漿劇烈活動的
區域,主要也是中子星高磁場影響。

地球上的磁性研究室所能產生的最高磁場大
概10 T(特斯拉)左右,在這星雲中心中子星
所產生的磁場強度是108-109 T 左右。

國家地理雜誌所製作的影片中有蟹狀星雲
(在01:33), http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=b6bnMY581bQ

國家地理雜誌所製作之影片中01:33處有蟹狀星雲
影像 http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=b6bnMY581bQ
1. 紅色:無線電波段輻射,表星雲外圍能量較紅
光為低的電磁輻射,多半來自氣體分子(CO、
硫化物等)的量子態變化所引致的輻射。
2. 綠色:可見光波段輻射
3. 藍色:X射線波段輻射
透過光偏振觀察
星雲的磁場分布

光的偏振性:凡會自行發
光或反射光的天體都有此
偏振特性。蟹狀星雲也不
例外。

電磁波偏振程度:不同顏色區塊標示不同程度的電磁
波偏振程度,也透露出次星雲的磁場分布。

法拉第旋轉:若一物質中有磁場通過,則通過此物質
的電磁波其偏振方向會被改變,天文學家藉由此原理
可觀測星雲的磁場分部。
何謂波的偏振、偏光?
 光是電磁波,也是橫波,光的電場和磁場振動的方向與
波的行進方向垂直。
 偏振方向:定義電場的振動方向為波的偏振方向。
 非偏振波(光):一般光波的振動並不會局限在某些特定
方向,就像來自大自然的太陽光,它的偏振是凌亂無序
分布的,故屬非偏振波(光)
 偏振波(光):可經過特定處理(如散射或反射),變成僅
含單一偏振方向波光。經過偏光板的作用後,光波的偏
振就能成為單一方向。
紅色箭頭表振動方向,垂直於光波的
前進方向(藍色箭頭)。
「直線偏光」:光波振動方向的軌跡是
一平面,故又稱「平面偏光」。
直線(平面)偏光
偏光片的作用

偏光片的主要作用:可以將不具偏極性的自然光轉化
為偏極光,使與電場呈垂直方向的光線通過。

偏光板的內部結構:於1c㎡裏有30萬條肉眼看不到的
直線分子排列體,並排列於同一個方向,讓光線偏極
化取得柔和光線,利用偏光片來看物體會更清晰鮮明。

偏光處理原理:
1. 當太陽光接觸到水面、地面、平面反射時,因直線
震動的偏光光線的關係,所以很難看清物體,
2. 利用偏光片過濾直線震動的光源特性,並利用分子
排列的水平線,重新調整吸收光線的方向,
3. 以消除乾澀、不清楚及刺眼的光線,讓自然光中的
亂反射的光線、眩光及物體反射光,能有效的阻絕掉。
何謂波的偏振、偏光?
 偏振方向:電磁波(光也是電磁波)是一種橫波,光的電場和磁場振動的方向
與行進方向垂直。定義電場的振動方向為波的偏振方向。
 非偏振波(光):來自大自然的陽光的偏振方向淩亂無序,故屬非偏振波(光)
 偏振波(光):可經過特定處理(如散射或反射),變成僅含單一偏振方向波光。
 偏振光在日常生活中隨處可見,如:
1. 蔚藍的天空即是由於高空稀薄的空氣分子散射造成的,所以藍天其實便是
近似偏振光。
2. 拍攝風景時,如果天空太亮,攝影師常用偏光片製成的濾光鏡片濾掉部分
藍天的亮度。
3. 釣魚時,水面的浮光耀金,靜影沈碧,也是近似偏振光,也可用偏極板製
成的太陽眼鏡濾掉,即可清楚地觀測到水中的遊魚;
4. 汽車玻璃總因反光而變得模模糊糊,只要在相機或攝影機鏡頭前加裝偏極
板,濾掉玻璃的反光(玻璃反光也是偏振光),車內人物即原形畢露了。
什麼是偏振光?
 光:是電磁波,它的電場與磁場是相互依存於彼
此互相垂直的方向振動,光電磁波在傳播的過程
中電場(E)、磁場(H)與傳播方向(k)三者是互相垂
直的關係。
 自然光:含有各種振動方向的光,而通過偏光板
的光就會成為單一振動方向的光,此稱為偏振光。
E
K
H
自然光
電磁波示意圖
偏振光
光的偏極化

直線偏振光,簡稱直線偏光,也稱「平面偏光」:單一
方向振動的光波,光波沿著一條直線方向振動。因隨著
光波的前進,代表振動方向的這條直線的軌跡是一個平
面,所以「直線偏光」也稱為,也就是說不管光線前進
到哪裡,它的振動方向都局限在同一平面上。

偏光板、偏光鏡或雙色晶都可以把凌亂偏振的光束轉成
單一偏振的直線偏光,偏光顯微鏡就是利用偏振光來觀
察及鑑定晶體的一種光學儀器。

一些優質的太陽眼鏡也以偏光板做為鏡片,其原理就是
利用偏光板讓單一偏振的光進入眼睛,而把其他偏振方
向的光芒阻擋在外,從而達到減弱刺眼陽光的目的。
光的線偏極化和圓偏極化
線偏振片
線偏振光:光是一種電磁波,通常光源下(如太陽光),電場的振
動方向是在各個方向上均勻分佈。當電場振動方向只限於某一固
定方向時,就變成為線偏振光。
圓偏振:
偏振是電磁波的一大特性。
具一定偏振方向的電磁波可經穿透特殊偏振介質,
而改變所呈現的現象,具高度有應用價值!
偏光片材料
 偏光片(Polarizing film):液晶顯示器的關鍵性零件。
 基本材料結構:兩層三醋酸纖維素酯薄膜TAC
(Triacety cellulose)夾一層聚乙烯醇PVA(Poly vinyl
alcohol)所構成。
 功能:控制特定光波之偏振方向,使光通過或遮蔽,
以增加黑白對比。
 偏光膜的特性要求:
1. 高透過率、
2. 高偏光度、
3. 高耐久性及
4. 彩色化的方向來進行。(註1)
偏光片或稱偏振片(Polarized film)
1. 原理:偏光片設計成只能讓某一光軸的光線通過。
2. 使用:當兩片材料相同的偏光片相疊在一起,調
整兩偏光片之光軸的相對角度,則會使通過兩偏
光片的光的強度產生明顯的變化。
3. 當兩片的光軸垂直相交時,通過的光最少,所以
呈現最暗的狀態。
4. 清潔:偏光片表面極軟,請千萬不要用乾布、紙
類擦拭,以免刮傷。請以柔軟的棉花沾水潤濕,
輕輕擦拭,然後讓其自然乾燥即可。
 偏光板靠著內部細長鏈狀晶體的整齊排列,把凌亂偏振的光束轉
變為單一方向偏振的「平面偏光」。
 偏光太陽眼鏡:就是靠兩片偏光板降低光的強度。
 鏡片內含有一層偏光膜,各方向振動的刺眼陽光經偏光板後,僅
能讓單一偏振的光進入眼睛,而把其他偏振方向的光芒阻擋在外,
使光度減弱。
 把兩片偏光板以90度交角排列,兩片偏光板重疊的地方因為沒有
光線可以通過,而呈現全黑。
 非重疊處光強度下降,光的強度與偏振幅度(振幅)的平方成正比。
圓偏光(Circular polarization Light)
 圓偏光:兩組振幅相同,但偏振光向互相垂直的平
面線偏光所組合而成的偏振光。
 順著光前進的方向,可以看到「圓偏光」的偏振向
量大小相等,但電場的振動方向沿著一個圓周旋轉。
 圓偏光的振幅就是圓的大小。
 依電場向量繞著波行進方向的旋轉方向,可分左旋
和右旋圓偏振。下圖為右旋偏振。
右旋圓偏振
「圓偏光」可視為兩組振幅相同,但相位相差90o,即互
相垂直的「平面偏光」所組合形成的偏振光。
圓偏光與橢圓偏光
 橢圓偏光:若兩組線偏振光相位仍相差90o;但振幅不
相同,則組合成橢圓偏光。
 「橢圓偏光」的偏振向量則沿著橢圓的圓周旋轉。橢
圓偏光的振幅,是在橢圓的長軸與短軸之間隨著光的
前進不斷地改變。
橢圓偏光可視為兩組相位相差90o,互相垂直之「平面偏
光」,但兩組振幅不相同所形成的偏振光。
矽氧四面體
最常見的旋光晶體—石英
又分左型-與右型-石英
 石英:就是二氧化矽(SiO2)的結晶
 常溫常壓下形成三方晶系結構
 基本構造單元是矽氧四面體
 相鄰矽氧四面體以共用氧原子方式連
結,且沿著c-結晶光軸方向延伸成串。
 特點:矽氧四面體以類似螺絲釘盤旋
的方式連結,有兩種旋轉方式:
(1)以順時鐘方向盤旋而上左型石英
(2)以逆時鐘方向盤旋而上右型石英
石英結構:實心點表矽原子,圓圈表
氧原子,紅色點線表矽氧鍵結。
旋光晶體—左型石英& 右型石英
石英晶體特點:矽氧四面體以類似螺絲釘盤旋的方式連結。
(1) 左型石英:四面體沿著c 結晶軸以順時鐘方向盤旋而上,
(2) 右型石英:四面體沿著c 結晶軸以逆時鐘方向盤旋而上,
因而形成兩種左右對稱的石英結晶,因其結晶外形看起來如同我
們左右手的對稱,故分別稱為左型和右型石英。
偏振光的應用

液晶顯示幕

偏光太陽眼鏡防炫光

生物立體顯微鏡中的偏光鏡

太空望遠鏡中的偏光鏡

利用某些透明物體雙折射現象的光測彈性學,
在工業上可用來分析物體所受的應力,因其
彩色繽紛,常令觀眾驚歎。
偏振光的生活應用 1 - 消除炫光
開車時,夜間最怕對向來車開啟大燈(尤其山區);
或豔陽高照時,來自路面或招牌的強烈反光,影響
駕駛者視線。但若在車前鏡片增加偏光板功能或駕
駛者戴偏光眼鏡,即可消除刺眼的炫光,可加強行
車安全。
加裝偏光板前
加裝偏光板後
攝影工具
偏光鏡對於專業或業餘的的攝影人員來說是再熟悉不過的工
具之一。目的是過濾掉景物反射過來散射光,使景物的色彩
 更明亮及鮮豔。
。
若想拍攝晴朗的藍天白雲,可以在相機鏡頭前加裝偏光鏡,
選擇偏光鏡的適當角度,就可得到很好的效果
加裝偏光鏡前
加裝偏光鏡後
左圖沒使用偏光鏡,右圖示是使用偏光鏡所拍攝的藍天。
哪一個才是真正的藍天白雲呢?
拍攝影海邊的景色,也可利用偏光鏡將海面的反射
光阻擋過濾,調整偏光片的適當偏振光軸可讓照片
的畫面更加清楚。
加裝偏光鏡前
加裝偏光鏡後
湖邊的水面易有強烈的反光,以致不易看清楚水面
下美麗的生物,透過偏光片可阻擋過濾水面的反
射光,使能清楚地觀測水面下的景象。
加裝偏光鏡前
加裝偏光鏡後
 當有日蝕的景觀想要觀測的時候,因人的肉眼無法直
視太陽光,為了保護眼睛免於太陽光的傷害,透過使
用兩個相互垂直的偏振片或是衰減濾片做濾光作用降
低陽光的強度,就可以直視太陽了。
偏振光的生活應用(II)
平面視覺立體化

拍攝立體影片時,用兩個攝影機拍攝,同時分別
拍下同一物體的兩個畫像,再各別以偏振化方向
一同呈現,利用偏振片原理做成的眼鏡,則兩個
畫面分別通過兩隻眼睛觀看,在人的腦海中就形
成立體化的影像了。
3D電影需佩帶的
偏光眼鏡
3D電影原理示意圖
偏振光的生活應用3
-昆蟲藉感測來自經偏振的陽光,
以辨視位置

太陽光受大氣層的散射而產生偏振,而蜜蜂和沙
漠螞蟻的複眼可敏銳的感受光的偏振,因此即使
沒有直接看見太陽,但只要依照天空中的偏光樣
式,就可以知道方位,不會迷失方向。
偏光板的發明
1929年17歲少年 Edwin Land 發明了偏光板,並申
請專利,此發明解決了當時科學界原必須使用某
些礦物晶體(如方解石、石英、紅寶石),才能將光
偏極化的問題。
紅寶石
方解石
偏光板
石英
偏光片材料之一
基 本 材料 結 構是 兩 層三 醋 酸纖 維 素酯 薄 膜 TAC
(Triacety cellulose)夾一層聚乙烯醇PVA (Poly vinyl
alcohol)所構成。
功能:控制特定光波的偏振方向,使光通過或遮
蔽,以增加影像的對比。
表面保護膜
偏光板
保護層TAC
偏光子PVA
保護層TAC
黏著劑
離型膜
偏光板的結構示意圖
偏光板的功能示意圖
小實驗-偏光板的使用(I)
目的:使用偏光板得到偏振光
 取兩片偏光板,一片放置光源前,使光源穿過第一
片偏光板產生同方向偏振的光,再使用第二片偏光
板放置第一片之後,此時旋轉第二片偏光板觀察光
源的變化。

θ
旋轉第二片偏光板
時觀察光源的變化
第二片偏光板
第一片偏光板
一般未經
偏振的光源
小實驗-偏光板的使用(II)
目的:使用偏光板檢驗光源是否為偏振光
 檢驗的光源: LCD螢幕、手電筒、日光燈
 取一片偏光板放置光源前,在偏光板後放置屏
幕或是以眼睛觀看,此時旋轉偏光板觀察光源
的變化,判斷光源是否為偏振光。

偏光板
光源
屏幕
小實驗-偏光板的使用(III)
目的:了解反射光的偏振性質
 使用非偏振光源以入射角56.6 °入射玻璃板得
到的反射光為偏振光,並旋轉偏光板檢驗其
偏振方向。
 若玻璃板替換為金屬板是否仍有相同結果?

偏光板
光源
玻璃板
屏幕
偏光板的小魔術
-神奇魔術盒
物體可輕易穿過中間有阻隔物的神奇盒
子!!
 一起動手製做魔術盒

偏光板的小魔術-超能透視術

特製的偏光圖案透過偏光眼鏡看到的更多!!

一些詐賭者會把偏光記號用在撲克牌或是麻將牌
背後,再配戴偏光眼鏡就能從牌背看穿每張牌,
藉此詐騙錢財。
未戴偏光眼鏡
戴上偏光眼鏡
偏光板的小魔術-超能透視術
偏光眼鏡
偏光記號
材料分析上的應用
光測彈性學(Photoelasticity)
 材料的應力分佈我們不容易用肉眼看見,但卻會使材料的內部分子與
分子之間的排列被扭曲而造成光學性質的改變.
 因光學性質的改變,偏振光會在偏振片上干涉而見到絢麗的七彩圖案,
並間接了解材料的應力分佈情況(如圖).這是工業鑑定上常用的方法
垂直偏光
手機膠膜上的干涉條紋
戰鬥機駕駛艙
水平偏光
光測彈性學的實驗其實很簡單,
你也可以動手做!
只需要下列道具:
 一些手邊塑膠製的文具:如三角
板,尺或量角器、培養皿等。
 兩片或數個偏極板
實驗室取得的實驗器材
運用偏極片觀察培養皿內部應力的分佈。
透過這些彩色條紋可以一窺塑膠產品當
初在製作過程中殘留的應力分佈。請注
意觀察右上圖刻字部分的彩色條紋分佈
與其他區域的紋路有何不同?
偏光片下的觀察隔熱紙
3 D 原 理
左右偏振影像疊合
透過3D眼
鏡就可看
到立體影
像
圖片來源: 電影”地心冒險(Journey to the center of the Earth)”
偏光太陽眼鏡  抗炫光
市售的偏光太陽眼鏡,也
是運用偏振光的特性而製
成的,可抗炫光喔!
無偏光片的太陽眼鏡
含偏光片的太陽眼鏡
偏振片對眼鏡具有抗炫光的效應
1 - ANTI-SCRATCH HARD COATING (抗刮磨膜)
2 - ULTRAVIOLET ABSORBER (紫外光吸收膜、抗紫外光膜)
3 - 2.0 MM POLYCARBONATE ()
4 - POLARIZING FILM (偏光片膜)
5 - ANTI-SCRATCH HARD COATING (抗刮磨膜)
線偏極光之應用
太陽眼鏡
Source: http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/polarization.html
50
偏光鏡片
未偏極化光
一般色片(即濾光片)與偏光板的區別
太陽光中的眩光、物體反射光、強光無所
不在,如汽車玻璃、水波、雪地、路面的
眩光,自太陽直射之強光,常會干擾人類
眼睛視力,使人無法看清物體。
 一般的有色板塊或濾光片是透過染色過程,
將其板塊染色變暗,或濾去光線的特別色
光,完全無法消除這些惱人光線。
 偏光板能有效地消除各種眩光、強光、物
體反射光,只讓單一方向的光波通過,使
視野更加鮮明。

偏光顯微鏡在生物 和醫學上也有應用!
 雙折射(Birefringence)晶體:有些物質對不同方向的偏
振光有不同的折射率,稱之。
1. 如方解石就有雙折射現象
2. 生物材料如澱粉粒、橫紋肌也有這雙折射現象。
 醫學檢測應用:以偏光顯微鏡檢查關節液中的結晶,用
以診斷關節炎。
 簡易偏光顯微鏡/相機DIY:
1. 僅用兩張偏光片,即可簡單地改裝一般顯微鏡/相機。
2. 一張放在目鏡和眼睛之間,另外一張放在載玻片和光
源之間,即可使一般的顯微鏡變成偏光顯微鏡。
3. 觀看時,只要旋轉其中一片偏光片的角度,使兩張偏
振方向互相垂直即可。
痕量證據(Trace Evidence)
都靈屍衣原認為耶穌死時所穿的衣服,有2011年的歷
史。最近確定其上所謂的血跡為14世紀時,所用之油
漆的顏料。
偏光顯微鏡下澱粉中的馬爾他十字
 澱粉分子可用碘液染色檢驗,但使用偏光顯微鏡,
則不必染色就可以直接觀察,並確定澱粉的種類!
 馬鈴薯澱粉粒的觀察:切一小片馬鈴薯,將之塗抹
在載玻片上,滴一滴水製成水埋玻片,便可觀察了。
 在低倍下,沒有染色只是一般的顆粒。
未偏光
處理
偏光處理
過之影像
引用來源:http://a-chien.blogspot.com/2007/12/blog-post_10.html
未偏光處理
馬爾他十字交叉
在澱粉粒的臍
引用來源:http://achien.blogspot.com/2007/12/blogpost_10.html
澱粉粒上之環紋的
中心點就是臍的位置
馬爾他十字可是有歷史的,
詳情可以看看wikipedia上
的介紹,居然還跟世紀帝
國3這款遊戲有關係哩。
偏光處理過之影像
不同植物,其澱粉粒的雙折射程度
也不同,馬爾他十字的形狀也不同。
香蕉果肉的澱粉粒
 未旋轉偏光片前,澱粉粒在香蕉果肉細胞內。
 旋轉偏光片後,澱粉粒出現異樣的光彩,某些小
的澱粉粒可以看見馬爾他十字的出現。
 放大一點來看,雖然這些大粒的澱粉粒沒有明顯
的馬爾他十字,但在偏光顯微鏡下還是有美麗的
光彩。
偏振片在食品研究的應用
--探討具旋光性分子之食品的性質

有些食品含具旋光性的光學異構物,如糖
類分子溶液。

當溶液中糖類分子濃度足夠時,透過簡單
的偏光片裝置,即可以展現類似液晶顯示
器的功能,而產生炫目的七彩色光。

運用此現象,可探討其他影響偏折色光性
質的原因。
電子產品-液晶螢幕
現代很夯的液晶螢幕也用到偏振
的技術喔!
液晶顯示器橫切圖
美 學 創 作
利用透明物質的折射率與電磁波的頻率有關,對於偏振光來說也有這樣
的關係。美國航太總署科學家彼得·瓦西列夫斯基就以偏振光和冰來做
畫,並做出許多色彩艷麗的〝畫作〞。
圖片來源 http://se.risechina.org/tjhd/tjzy/xhtjg/201001/2706.html
如 何 做 ?
將裝有過冷水(-5℃)的透明容器(Ex: 培
養皿)放在兩片偏振片之間並同時置放在
光源之上,稍微輕輕敲擊培養皿或在培
養皿中灌入一些冷空氣使過冷水開始在
表面形成冰晶。轉動最上層的偏振片並
觀察冰晶的顏色。(如右圖及下圖所示)
過冷水(Supercooled Water)
相關知識可參考如下網址
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E5%86%B7%E5%87%8D
當水處於低於一大氣壓或水當中缺少凝結核時(幾乎無雜質的
純水),即使處於0℃的溫度仍能維持其液態,則此時的水我們
稱為過冷水。過冷水現象在寒冷氣候的地區常見,也就俗稱的
凍雨、雨淞。
雨淞
有趣的偏振光實驗一

利用光為橫波及偏振材料能過濾特定偏振方向之電
磁波的兩特性,將之運用在視覺上或工業鑑定上會
有極多應用價值。

如光測彈性學就是工業上利用光偏振特性最好的例
子之一,利用此特性可窺見材料所受應力分佈的情
形。不過工業用的儀器多半較為專業及精密。

可藉由日常易於取得的器材,便可簡單地演示光測
彈性學原理,並簡易示範其鑑別原理。
偏光片用以演示光測彈性學所須器材
1. 一塊硬質塑膠製的三角板、圓規、
2. 一塊方解石
3. 兩片面積> 5×5 cm2 的偏光片(仲典公司有售,價格便宜)
4. 一架投影機、自然光源、人工燈源
5. 一幅普通的銀幕:教室用的便可
6. 一幅特製的銀幕:將美術用的三夾板裁成所須尺寸,三
夾板反光面的粗糙度與一般圖畫紙相似即可,用電鍍銀(編
號144)的噴漆,將三夾板的反光面均勻地噴塗成銀白色即
成。或任何具金屬光澤且可漫射的表面均可代用。
方解石:雙折射晶體
 具六方晶系結構的碳酸鈣
CaCO3
 呈透明或半透明狀
 具雙折射光學特性—因物質具
有光學異向性之特性,
表示可見光或某一特定頻段的
電磁波入射此物質,會將光分
成兩道不同行進方向的折射光,
偏光片的廣泛應用

可以應用在LCD、偏光顯微鏡、太陽眼鏡、
偏光燈箱閃動流水、煙霧等零件、偏光儀、
防眩護目鏡、偏光立體眼鏡、光亮調節器、

塑膠應力分佈品質檢查、偏光鏡、相機攝影
器材偏光濾光鏡、

機算機、手表、消費電子、手機、遊樂器、
儀表板、筆記型電腦、監視器、數位相機、
投影系統、液晶電視、導航系統、PDA
等……。
偏光片在生活中廣泛的應用

可以應用在LCD、偏光顯微鏡、太陽眼鏡、偏光燈箱閃動流水、煙霧等
零件、偏光儀、防眩護目鏡、偏光立體眼鏡、光亮調節器、塑膠應力分
佈品質檢查、偏光鏡、相機攝影器材偏光濾光鏡、機算機、手表、消費
電子、手機、遊樂器、儀表板、筆記型電腦、監視器、數位相機、投影
系統、液晶電視、導航系統、PDA等……。

偏光太陽眼鏡:很多科技公司相徑開發的生活產品,偏光太陽眼鏡可以
阻擋「強光」對眼睛的傷害,而一般太陽眼鏡雖然可以降低入眼的可見
光,但卻不能阻隔太陽反射後強烈的「眩光」。
光線遇到地表近銀白色物質,如水、雪、路面、沙和金屬表面時會產生
反射,反射後的光束聚集在一起,易形成了「眩光」。

3D立體影像眼鏡:早期的3D電影就是利用紅綠眼鏡(anaglyph glasses),
但此技術僅能在灰階或是單調色彩背景下呈現有限的立體效果。3D立體
眼鏡目前主流技術偏光3D立體眼鏡,是在左右眼採用不同偏極角度的偏
光鏡片,而影片本身也利用兩台投影設備,或是在LCD面板上外貼微位
相差膜(micro-retarder)或是另一片LCD面板開關(如美商iz3d在監視器應
用上的技術,來分別對不同列畫素投射出不同偏極方向的光,使得左右
眼分別僅能看到垂直或水平的偏極光)。(來奇偏光科技有限公司
http://www.bm.idv.tw/63actif/tw/advantage.htm )
偏光片在科技上廣泛的應用

液晶顯示器LCD內的偏光片:在LCD裡是不可或缺的材料
之一。液晶顯示器均須使用上下兩片偏光板。當沒有偏光
板時,光線可自由進出液晶槽,不受外加電場的影響,但
在上下層各外加偏光板後,光線的透過就可用外加電場加
以控制,使得視覺上可以感受到明暗的變化。偏光板將非
偏極光轉為偏極光,而液晶顯示器就是利用此偏極光加上
液晶扭轉特性來達到控制光線的通過與否,形成明暗。

偏光顯微鏡:在光源與標本間及物鏡與目鏡間各裝有1片
偏光板的顯微鏡,當偏振光通過標本材料時,分為折射率
不同的光,這些光線在受到另一枚偏光板干涉時,會出現
各種不同顏色的干涉色;偏光顯微鏡主要是用來鑑別岩石
中所含的各種不同礦物,所以也稱為礦物顯微鏡。
(AstroMate科學儀器網 http://astro.com.tw/new_page_25.htm)
有顯著美容效果的左型維他命C
具左旋光性? 還是右旋光性?

具有立體異構物的物質,常以左型(L-form)或右型(D-form)命名,但這命名與物
質真實的旋光性完全沒有關係,可是卻常造成許多困擾。例如具旋光特性的維
他命C,也有左、右型之分。但維他命C(L-form ascorbic acid)其實是具右旋
光性。藉此機會了解旋光物質的結構命名與真實旋光特性的關係。

左型維他命C因有顯著的美容效果,迅速成為愛美人士的新寵。然而,人體能
夠吸收的左型維他命C,卻是具右旋光性。

維他命C 就是抗壞血酸(ascorbic acid),商業廣告常:
誤將 L-form ascorbic acid 稱為 左旋型維他命C,
而將 D-form ascorbic acid 稱為 右旋型維他命C。
L-form, D-form 正確中文翻譯應是左型、右型。

然而,L-form ascorbic acid 具右旋光性,而非左旋光性,
L 是 Laevo 的第1個字母,代表左型,並不表示左旋;而
D 是 Dextro 的第1個字母,代表右型,並非右旋。

因人體內的胺基酸分子結構70%以上是左型的,因此人體歡迎左型維他命C,
接受左型維他命C是十分自然的。

故人體可吸收利用的是L-form ascorbic acid左型維他命C具右旋光性;無法吸
收利用的是D-form ascorbic acid,具左旋光性。

similar documents