李正中

地球上有許多具富麗色彩的物種；其中鳥類的羽毛富有最多樣以及美麗的色彩。羽毛的顏色對鳥類而言更是扮演許多重要的角色，包括增強羽毛硬度、保護羽毛避免細菌的侵蝕、調節體溫、隱匿、展示自我以及偽裝的功能。此外，顏色的品質也是鳥隻營養狀況的指標之一；由羽支內的結構所產生的結構色，較色素色更能在吸引配偶以及同性間的競爭方面造成影響。特別是雄鳥身上的紫外光結構色，更為雌鳥所吸引。因此，在此研究中，我們試圖去了解鳥類羽毛中，產生藍紫結構色的物理機制，並建立其對應的數學模型。 本文選擇兩種台灣特有鳥類的藍色羽毛，作為研究對象：藍腹鷴(俗稱台灣山雞)與台灣藍鵲(俗稱長尾山娘)。在雄性藍腹鷴的藍色腰羽上，有一段特殊的虹彩色：其開放式正羽的部分，被分成兩個區域(外側與內側)─隨入射光角度改變，而有不同的反射強度。光源正向入射時，外側的開放式正羽反射較強；但隨著入射光角度增加，高反射發生的位置則漸漸移往內側的開放式正羽。儘管這兩個區域的小羽支內部的黑色素柱，其排列方式具有相似的二維類光子晶體奈米結構。但本研究發現：這兩個區域反射強度的差異，來自個別的小羽支與羽支間的夾角不同；且此角度由開放式正羽的外側往內側呈連續性變化。根據小羽支內的奈米結構，本研究採用多層嚴格耦合波分析法，來研究其反射現象；不論是正向入射光，或是斜向入射光，最後模擬得到的結果，皆與量測的結果、以及肉眼看到的視覺效果互相吻合。 與具有顯著虹彩色的雄性藍腹鷴腰羽不同，台灣藍鵲身上的藍色羽毛，其虹彩色在視角低於四十度時，並不是那麼明顯；而且台灣藍鵲羽毛的藍色，來自於羽支內部的奈米生物結構─海綿狀的髓角蛋白。本研究針對羽支不同位置內，髓角蛋白的穿透式電子顯微鏡影像，進行二維傅氏分析，來解釋其特殊虹彩色變化的原因。研究結果發現：羽支內的髓角蛋白為準有序的排列方式，且此奈米結構的方位，隨羽支的位置不同而變化。本文預測的反射率變化，與量測得到的結果相當接近─越遠離羽支頂點，其羽毛的反射率越高；因此當視角越大時，所看到的羽色越藍、越亮。 本論文成功地為分別來自羽支與小羽支內部奈米結構，所產生兩種不同的虹彩色，提供兩種光學模型來闡述其光學特性。