圖解光與雷射應用

前言

第一章 光到底是什麼

1-1 春，曙為最
◎何謂普通的「光」？∕◎探尋光的旅程∕◎光速大約有多快？∕
◎光的速度不論在哪或對誰而言都一樣∕

1-2 一粒一粒的光（光子）？（幾何光學）
◎鏡中的我(反射)∕◎為什麼泡澡時腿看起來比較短？(折射)∕◎分光∕
◎彩虹的結構∕

1-3 光是波（光波）嗎？（波動光學）
◎何謂波(波動的表現)∕◎楊氏干涉實驗(干涉)∕◎模糊細小又看不見(繞射)∕
◎光的真正本質是電磁波(馬克士威方程式)∕◎光是橫向振動(偏光)∕
◎反射率及折射率∕◎再次提到關於色散∕◎電子使光變成藍色(散射)∕

1-4 光原來是量子！
◎光的本尊是什麼？∕◎黑體輻射之謎∕
◎光使電子受撞擊彈射而出(光電效應) ∕◎光是量子？！∕

1-5 光如何產生？
◎光具有多餘的能量∕◎電燈泡的光∕◎螢光燈的光∕◎太陽光∕
◎魔法之光(同步輻射)∕◎雷射光∕◎能量與光∕

1-6 光以各種形式存在
◎相對論中的光∕◎藉由電磁力產生的光∕

第二章 光是如此加以應用

2-1 相機鏡頭的演進
◎透鏡是人類用來控制光的道具∕◎光的軌跡∕◎何謂惡化畫質的像差∕
◎想擁有美麗圖像的作法∕

2-2 連紅綠燈都使用的LED
◎何謂LED？∕◎LED的用途∕

2-3 取代陰極射線管的平面顯示器
◎首先是陰極射線管∕◎液晶顯示∕◎電漿顯示∕◎FED(電場放射顯示)∕
◎有機EL∕

2-4 對環境友善的太陽能發電
◎太陽能發電是再生能源的利用∕◎太陽能發電的普及性應用∕

第三章 雷射光的特徵

3-1 何謂雷射？
◎雷射光與自然光的差異∕◎雷射的誕生與發展∕◎雷射的分類∕
◎雷射的構造∕◎雷射共振的原理 (1)發光(雷射介質的作用) ∕
◎雷射共振的原理 (2)激發(外部能量的作用) ∕
◎雷射共振的原理 (3)正向回饋(共振器的作用) ∕
◎雷射共振的原理 (4)雷射光是如何產生的？∕

3-2 雷射光的特徵
◎指向性∕◎單色性∕◎可干涉性∕◎集光性(高能量密度)∕◎控制性∕

3-3 氣體雷射的構造與原理
◎He-Ne雷射的概要∕◎He-Ne雷射的外型及構造∕
◎He-Ne雷射的激發與共振的原理∕

3-4 半導體雷射的構造及原理
◎半導體雷射的構造及發光的原理∕◎半導體雷射的激發方法∕
◎半導體雷射的特性∕

3-5 固體雷射的構造與原理
◎YAG雷射的構造∕◎YAG雷射的共振∕

3-6 其他種類的雷射
◎色素雷射∕◎X光雷射∕◎自由電子雷射∕

第四章 雷射使用的領域

4-1 進化中的光碟
◎光碟的種類及特徵∕◎CD-ROM(播放專用)的構造∕
◎CD-R(追加記錄型)的構造∕◎CD-RW(複寫型：相變化)的構造∕
◎MO/MD(複寫型：光磁性)的構造∕◎BD與HD DVD的差異∕

4-2 印刷清晰又安靜的雷射印表機
◎印表機的進化∕◎掃描器的原理∕◎掃描器的進化∕

4-3 製作無所不在的IC的半導體曝光步進機
◎支持現代生活的IC∕◎步進機/掃描機是什麼？∕◎步進機的全體構造∕
◎光源與照明部份∕◎投影部份∕◎也使用光來控制位置∕

4-4 縮減等待結帳時間的條碼讀取機
◎便利的條碼系統∕◎條碼讀取機的構造∕◎何謂全像？∕◎全像掃描機∕

4-5 形成高速網路的光纖
◎藉由光纖而高速化的波∕◎光纖的原理∕◎藉由波長多工的高速化∕

4-6 想使用更短波長的光（第二諧調波）
◎何謂非線性光學效應？∕◎第二諧調波的產生∕
◎準相位整合(QPM：Quasi Phase Matching)∕

4-7 不會飛的光（近場光學）
◎何謂不會飛的光？∕◎以近場光學測定∕◎利用近場光學的寫入與讀取∕
◎利用近場光學的操作∕◎利用近場光學的加工∕

前言 　

歡迎來到光與雷射的驚奇世界！

　　我們每天早晨起床就沐浴著陽光；在上班或上學的途中也會看到紅綠燈或電子顯示板（LED）。在學校是在日光燈照射下上課，在公司是面對著CRT或液晶螢幕工作。傍晚回到家裡，就坐在電視機前看新聞或用DVD看電影對吧！偶而也會仰望星空，看著彩虹或夕陽而神遊！

　　光就是這樣地無所不在！讓我們以「原來如此！」的理解方式，開始光的旅行。本書將專注在光和近期備受注目的雷射相關議題上。

　　第一章將從光的速度開始，並就粒子性、波動性及量子性對光的真正意涵進行說明。

　　第二章將針對利用普通光的透鏡、LED、平面顯示器等加以說明。

　　第三章將對廣受期待的雷射及雷射共振的原理和雷射種類詳盡解說。

　　第四章將說明目前雷射的多種應用，如光碟、光纖、雷射印表機、條碼、曝光步進機等。最後對最新的光學應用及廣受矚目的近場光學加以介紹。

　　第一章後半部使用了許多公式，這是基於以下兩點理由：

　　第一點是式子詳細展開後，對於非常困難的光學部分可以徹底地思考學習，所以一開始的時候可以略過沒關係。可是請一定要親自試著展開式子。公式也可以幫助我們理解它的涵義。若充分並仔細地展開式子，也可以幫助我們追蹤式子的推導。

　　第二點是若對藉由上述展開的公式所說明的光有所體會，從第二章開始的各種解說將非常容易理解。請務必試試看。

　　無論是在四度空間的相對論中，還是在作為近代物理學的基礎的量子力學中，乃至在研究物質本質的粒子物理學中，光都扮演重要的角色。請試著感覺這樣的光！

作者