用偏振光捕捉神奇的色彩效果

三月 7, 2017
Facebook
Twitter
圖片

在這張照片中,水正要開始結冰,冰晶產生出絢麗的色彩。這些色彩是冰晶受到偏振光雙折射所致。水被置於培養皿中的兩片偏振光濾鏡之間,以1x放大係數拍攝

偏振光是一種光波朝相同方向振動的光,有兩種基本方式可以取得偏振光:反射及使用濾鏡。當水面等平面反射光線,光會朝著同一個方向偏振。漁夫經常配戴偏光鏡來阻絕水面反射的偏振光(否則會刺眼),以便看清水底。第二種,也是最常用來產生偏振光的方法是使用濾鏡。1930年代,Edwin H. Land發明了偏振光濾鏡,讓我們不用花大錢,就能夠校準偏振晶體。這種濾鏡後來成為了攝影和工業產業的標準配備。
圖片

兩張拍攝相同景物的照片。左圖未使用偏振光濾鏡,而右圖使用了偏振光濾鏡來阻擋反射光線。從水面反射的光線,受到強烈的偏振,朝著相同方向波動

要做偏振光實驗,你會需要用兩片偏振光濾鏡,在網路上就能買得到。此外,也有其他地取得來源,如3D電影眼鏡或偏光太陽眼鏡的舊鏡片。我個人是使用Rosco偏振光濾鏡。為了達到最佳效果,請使用較大的尺寸,約3~4吋。
大部分材質經過偏振光照射,再以偏振光鏡片拍攝後,可以看出其內應力(internal stress)。這種物質特性稱為雙折射(birefringence),導因於偏振光和受壓及非受壓部分之間的交互作用不同。說到有這種特性的材質,比較常見的有玻璃、冰、塑膠和大多數礦物等上千種物質。
為了觀察偏振光對物質的影響,我們要把物質樣本置於兩片濾鏡之間。第一片濾鏡稱為起偏器(polarizer),第二片濾鏡稱為檢偏器(analyzer)。如果第一片和第二片呈直角,穿越物質的光線幾乎都消失不見。第二片濾鏡不用碰到樣本,可直接放在觀察者眼前或相機前。若沒有檢偏器,你就無法觀察到雙折射。我把這項試驗稱為偏振光三明治,物質樣本宛如中間的漢堡肉,濾鏡則是兩片吐司。
圖片

實驗配置。P1是第一片濾鏡(起偏器),P2是第二片濾鏡(檢偏器),最右邊是相機,物質樣本就放在兩片濾鏡之間

圖片

兩片濾鏡必須對準,以便光線穿越。注意:中間部分會有點暗

圖片

在這裡,右邊的濾鏡與左邊的濾鏡呈90度,阻絕了大部分的光線

圖片

兩片濾鏡仍呈直角,但之間插入塑膠培養皿。其製造過程造成的壓力,會讓不同色彩穿越。這個現象被稱為雙折射效果,大多數塑膠製品皆有此特質

圖片

石膏。這是以偏振光顯微鏡觀察石膏薄片的照片。石膏屬於化學沉積岩,主要材質為水合硫酸鈣,可能會形成結晶集合體(如圖所示)或高達1公尺的結晶柱。石膏可被做為熟石膏和波特蘭水泥的材料,以及陶土的熔劑。最緊實的石膏稱為雪花石膏,樣本取自紐約潘菲爾郡,尺寸40mm

石膏結晶會產生雙折射,不同的結晶厚度呈現不同的色彩。石膏置於兩片濾鏡之間,以這張圖片來說,寬度約2吋。
圖片

角閃石結晶偏振光顯微圖。這種礦物含有鈣、鈉、鎂、鐵及鋁,基質為矽,屬於角閃岩類,出現於火山岩或變質岩,這張圖片所拍攝的岩石不到0.5公分

這些年來,辨識礦物時往往會取一小塊樣本,再以特殊偏振光顯微鏡照射。上圖是放大倍率80x所拍攝的角閃石樣本。
圖片

玻璃承受C型夾壓力時的特寫

圖片

連續四次以拳頭重擊透明彈道凝膠。重擊會對彈道凝膠產生壓力,進而產生雙折射,背景處是第一片偏振光濾鏡,第二片濾鏡則放在相機前方

上圖利用彈道凝膠和偏振光,將空手道招式的力道透過視覺呈現。凝膠是用來呈現雙折射的聚合物。這一拳的力道可以清楚地以偏振光呈現在凝膠上。彈道凝膠是為模擬人體而發明。
(譯:謝明珊)
原文
【延伸閱讀】
Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial