散射偏振

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引言

光是一種電磁輻射，是電磁波譜中唯一可見於人眼的部分。光子是光的基本單位。所有電磁能量都是由光子組成的。它們始終是中性的。也就是說，它們沒有電荷。它們本身不會衰減。在電磁波譜中，人眼可見光的波長範圍為 400-700nm。

什麼是散射？

• 當光從一種介質傳播到另一種介質（例如空氣或水）時，介質中的粒子會吸收透過的光，並將其輻射到不同的方向。這被稱為散射。

• 例如，當陽光穿過大氣層到達地球時，大氣中的粒子會吸收光並將其散射到不同的方向。

• 這就是天空呈藍色的原因。

• 當光穿過介質時，粒子會反射光。這被稱為散射。

• 粒子的尺寸和光的波長決定了散射的強度。

什麼是偏振？

電磁輻射的波動性導致了稱為偏振的現象。電磁波包含電場和磁場，它們始終相互垂直。由於光屬於電磁輻射，因此有兩種型別，例如橫波和縱波。橫波是指粒子振動方向垂直於波傳播方向的波。縱波是指粒子振動方向平行於波傳播方向的波。偏振的特性適用於橫波。在非偏振光中，即來自太陽或燈泡的光，粒子的振動可能在所有可能的範圍內。偏振使粒子在一個平面上振動。用於偏振光波的方法如下所示。

反射偏振

如果非偏振光以特定角度照射到非金屬表面，則該表面會反射偏振光。偏振的幅度受入射角和非金屬表面的影響。從表面反射的大部分光都是偏振的，並且平行於光的傳播方向。

折射偏振

當光從一種介質傳播到另一種介質時，光的傳播方向和速度會發生變化。從表面折射的大部分光是非偏振的，並且只有部分偏振光。它們是部分偏振的，並且平行於光的傳播方向。

反射和折射偏振 Д.Ильин: 翻譯、最佳化、Brewsters-angle-ru, CC0 1.0

透射偏振

在這種方法中，使用具有特殊成分的材料作為濾光片。穿過偏振器傳播的光在一個方向上偏振。電磁波的一個分量被切斷。它阻擋了兩個平面中的一個平面。在偏振材料中，分子在一個方向上排列。

散射偏振的工作原理

當光穿過任何材料時，光上的電場和磁場會輻射並從表面散射。光的吸收和重新發射使光變成部分偏振光。材料中的每個分子或原子都會吸收光並重新發射光。當非偏振光穿過介質時，它會被吸收並在不同的方向上重新輻射，從而部分偏振或完全偏振。

應用

• 偏振器用於相機拍攝完美的鏡頭。

• 太陽鏡來自偏振的事實，用於減少眩光。

• 三維電影的形成和放映是透過偏振的概念完成的。

• 它用於研究地震、地震學和紅外光譜學。

• 在塑膠行業，應力分析是透過偏振完成的。

• 它有助於區分橫波和縱波。

• 有機化合物的手性測試是透過偏振完成的。

• 天空的各種顏色是由於光的散射造成的。

結論

• 光是一種電磁輻射，包含電場和磁場。

• 在非偏振光中，粒子的振動方向是各個方向的。對粒子振動施加的限制稱為偏振。粒子只能在一個平面上振動。

• 光的偏振發生三種方式，以上已詳細討論。

• 穿過介質的光會被介質中存在的散射粒子吸收。

• 當非偏振光穿過介質並在不同的方向上散射時，它會部分或完全偏振。

• 它們是天空顏色、日落和日出時的太陽以及彩虹形成的原因。

• 它們的應用如上所述。

常見問題

1. 什麼是偏振器和檢偏器？

用於使非偏振光偏振的裝置是偏振器。偏振器可以旋轉 360 度。用於分析光是否為平面偏振的裝置是檢偏器。檢偏器只能進出光路。

2. 為什麼天空是藍色的，而云是白色的？

穿過地球大氣層的光的波長範圍為 400 奈米到 800 奈米。

• 地球大氣層中存在的粒子的尺寸約為 10^-10 米，小於光的波長。

• 因此，根據瑞利散射，散射光的強度與入射光的波長成反比。

• 由於藍光的波長是紅光波長的一半，因此散射藍光的強度高於紅色。所以，天空看起來是藍色的。

• 但是，雲中的粒子大於入射光的波長，因為雲位於低層大氣中；散射的光包含所有波長。

• 所以它們看起來是白色的。

3. 宇航員在太空中只能看到黑色的雲。為什麼？

在太空中，沒有大氣層，這意味著太空中沒有用於散射光的中間粒子。由於沒有可能從天空散射光，因此對宇航員來說，天空看起來是黑色的。

4. 為什麼聲波不會偏振？

通常，偏振僅發生在橫波中。由於聲波是縱波，因此它們不會偏振。

5. 如果沒有散射會發生什麼？

如果沒有散射，則：

• 天空不會形成彩虹。

• 天空始終是黑色的。

• 太陽即使在日落和日出時也始終是白色的。