|
大約兩百年前，科學家丁鐸耳在歐洲一年一度的物理年會上，表演了一個不可思議的實驗： 他準備了一個四周塗黑的大水槽，水槽側面靠近底部的地方挖了一個小孔。細細的水柱從小孔呈拋物線地噴射出來（如圖一）。水槽的另一邊緊貼著一個強光燈，強光經過凸透鏡匯聚成一束平行的光束，從小孔跟著水流射出來。會議廳的燈光全部熄滅，奇怪的事情發生了！──光線居然不是直線射出，而是跟著水柱彎彎地流出去的！「水流彎彎，光也彎彎？」全場的科學家們個個目瞪口呆！
這個實驗其實就是「光的全反射」現象。什麼是光的全反射呢？這就要從光的反射、折射現說起了。 拿一支電腦用的雷射光筆（如果沒有的話，用小手電筒也行），外面用一層塑膠膜包著（免得進水了）。再準備一個裝滿水的透明水箱，加入一點點的奶精，攪拌均勻。房間保持黑暗，把光筆垂直照在水箱側壁，在前方和後方的牆上，會出現透過和反射的光點。如果光筆不是垂直入射的，光線入射到水箱後，會產生偏折。這就是光的折射現象。在水箱的前後牆上，同時會看到折射和反射的光點。這表示光照射透明物質（例如玻璃和水）表面的時候，反射和折射會同時發生。我們稱這種現象為「部份反射，部份折射」。（圖二）
某些情況下，光是只能反射回水裡頭，而射不出水面外的。把包了塑膠膜的光筆放進水箱裡往上照射，慢慢改變光筆的方向，當入射角度夠大的時候，你會發現雷射光完全射不出水面，全部被反射回水裡了，這就是光的全反射現象（圖三）。
潛在水底的蛙人或魚兒，經常可以看到全反射現象。從水底往上看，雖然可以看見水面上的景物，可是卻只能看到局限在頂角九十八度的圓錐體範圍內的景物。在圓錐體之外的水面，彷彿被鍍上一層水銀般，所有射到這裡的光線，全部都被反射回水裡頭了。這情景很像古人所說的「井底之蛙」。只不過擋住井底之蛙視線的是四周高聳的井壁；而擋住潛水人員或水中魚兒視線的，卻是這層若有實無的水銀層呢！
準備一個細長的透明圓筒，裝滿水，水中也加點奶精。在暗室中，把光筆從圓筒底部往上照射，你會見雷射光穿過圓筒中垂直的紅色光柱。把光筆的入射角度逐漸傾斜，紅色的光柱在筒壁被多次全反射，彎彎曲曲的沿著圓筒上去了！（如圖四） 如果把圓筒變得和水柱一樣的細，那，不就是丁鐸耳的神奇示範了嗎？ 又，如果把細水柱改成跟頭髮一樣細的玻璃絲，又會如何呢？這就成了大家所認識的「光纖」啦！
|
丁鐸耳的神奇示範
關於光纖，請參看蔡木山老師的另一篇文章──