為什麼激光光束會看起來有顆粒感?
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02-08
這種顆粒狀態被取名為"激光散斑"。這種強度隨機分布的散斑圖樣,可以由激光在粗糙表面反射或激光通過不均勻媒質時產生。因為大多數物體表面對光波的波長(以氦氖激光器為例,λ≈0.6μm)來講是粗糙的,由於激光的高度相干性,當光波從物體表面反射時, 物體上各點到適當距離的觀察點的振動是相干的。因此觀察點的光場是由粗糙表面上各點發出的相干子波的疊加。
換人話說,就是由於激光的光子們的頻率(對於可見光就是顏色),相位(光也算是波,會震動的,相位就理解成現在震動的位置)和振幅(對於可見光就是亮度)都一樣,互相遇到會發生互相干涉(簡單說即同相位同頻率的振幅會疊加,反相位同頻率的振幅會削減)。由於表面粗糙,一束激光里的光子們會被粗糙表面反射得四處亂跑,於是遇到同相位的光子話,那個相遇的地點就會變亮,遇到反相位的光子那個地方就變暗。
這裡的「光子」我用得不是很嚴謹,只是表達「激光束裡面的一個小塊光」的意思。光在傳播過程中,初始相位(一開始的震動位置)是不變的,但是瞬間相位(當前的震動位置)會隨傳播(往前走)的過程不斷以2 pi(一個圓周)而周期變化。所以雖然光子們出來的時候初始相位都相同,但是遇到反射物體以後(這裡用牆,漫反射。鏡面再光滑也有灰塵),反射到某一點後有的光子多走了一些,有的光子少走了一些,所以反射以後再相遇時他們的相位就不同了,因此會出現有的地方亮有的地方暗這種斑斑點點的圖案,稱為散斑。


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