一道光變成十道!?利用回收 CD 進行的雷射干涉實驗

科學訓練師 桑子研 報到!每一天都是一場實驗。

用來聽音樂的CD,如果它其實是一個高階的「光學實驗裝置」,你會不會很驚訝?在這個串流當道的時代,堆在櫃子角落生灰塵的CD,其實是讓我們輕鬆體驗物理學奧秘的寶藏。今天,我就來介紹一個用CD進行的實驗,它能把一束雷射光,像變魔術一樣變成好幾束光束。

把CD稍微傾斜時,它會閃耀出七彩虹光,但仔細看看,CD本身其實並沒有顏色。這是因為CD的表面排列著肉眼幾乎看不見的細微「溝槽(軌道)」,光線在這些溝槽反射時,會產生一種稱為「干涉」的現象,於是七彩虹光就進入了我們的眼簾。

今天我們要挑戰的實驗,就是從CD上取出被稱為「繞射光柵(diffraction grating)」的零件,來觀察光線的干涉現象。我從我們學校的I老師那邊學來,親自嘗試過後,它深奧的原理也讓我大吃一驚。同時,我也會分享製作將光線分開的「分光儀」的一些小撇步!

🔬 實驗配方:取出能將光線分開的繞射光柵
準備的材料
CD-R(空白或用不到的廢片)、剪刀

實驗步驟
實驗本身很簡單,但會需要出點力氣喔。

首先,用堅固的剪刀把CD剪開。CD其實比想像中硬,強烈建議使用「鐵皮剪刀」之類的工具,避免把普通剪刀的刀刃弄壞。

像這樣剪成扇形。請務必注意保護眼睛,小心塑膠碎片飛濺和割傷手喔。

剪好之後,我們要把表面的銀色塗層(反射層)撕掉。貼上膠帶再撕下來,就能只留下透明的塑膠部分。這塊透明的板子上,其實還保留著CD的關鍵——那些「看不見的溝槽」。

現在,我們將雷射光射向這塊透明的碎片。請使用市售的雷射筆,注意使用安全。

💡 實驗結果:為什麼一束光會「變多」?
當雷射光射過去,哇,太神奇了!原本直直前進的一束光,竟然在左右兩邊分散成好幾束光束。

我們也用綠色雷射光試試看。

光線為什麼會變多呢?這是因為CD上無數細小的溝槽,會將光波打散,有些被反射、有些被穿透。這些分開的光波在某些地方會「互相加強」,在另一些地方則「互相抵消」,結果就只有特定方向會有很強的光線射出。這就是所謂的光線干涉現象。

利用這個原理,我們可以製作出用來分析光線中混雜了哪些顏色的工具,稱為「分光儀」。如果你透過這塊CD碎片去觀察太陽光或日光燈的光,應該會看到一級一級美麗的彩虹階梯!

這個實驗光是觀察就很有趣,但如果你帶著「為什麼光會分開?」「溝槽間距改變會有什麼影響?」這樣的疑問去深入探討,你將會看見更深層的科學世界。快來利用身邊的CD,享受一下光的藝術吧!

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