光的偏振

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引言

輻射是能量透過介質或空間從一個物體傳遞到另一個物體的過程。它可以是電離輻射或非電離輻射，這取決於輻射的能量。電離輻射的能量超過10eV，可以電離其路徑上的粒子。X射線、伽馬射線、α射線和β射線屬於電離輻射。但非電離輻射的能量不足以電離其路徑上的粒子。紫外線、紅外線、可見光和微波是幾種非電離輻射的例子。

什麼是光？

光是一種電磁輻射，是電磁波譜中唯一可見於人眼的部分。光子的基本單位是光子。所有電磁能量都是由光子組成的。它們總是中性的，也就是說它們沒有電荷。它們不會自行衰變。在電磁波譜中，人眼可見光的波長範圍為400-700nm。

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，它們總是相互垂直的。由於光屬於電磁輻射，它有兩種型別：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。偏振特性適用於橫波。在非偏振光中，例如來自太陽或燈泡的光，粒子的振動可能沿所有可能的方位。偏振使粒子在一個平面上振動。

偏振型別

根據縱波和橫波的運動，三種偏振型別是橢圓偏振、圓偏振和線偏振。

線偏振

線偏振光波是指粒子振動限制在一個平面內，該平面與波的傳播方向一致的波。因此，電場沿一個方向受到限制。它也稱為平面偏振光。

圓偏振

在圓偏振中，電場的兩個分量之間的角度為90度，但幅度保持不變。波的傳播不改變電磁場的幅度，並以恆定速率旋轉，這就是圓偏振。

圓偏振Dave3457, Circular.Polarization.Circularly.Polarized.Light Without.Components Left.Handed, 標記為公共領域，更多詳情請訪問Wikimedia Commons

橢圓偏振

在橢圓偏振中，電場的線性分量的相位差和幅度不同。橢圓偏振的特例是線偏振和圓偏振。

偏振方法

用於偏振光波的方法如下。

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，只包含一個或兩個偏振光。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

散射偏振

當光穿過任何材料時，光上的電場和磁場會從表面輻射和散射。光的吸收和再發射使光成為部分偏振光。材料中的每個分子或原子都會吸收光並重新發射光。

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器。穿過偏振器傳播的光會被偏振到單個方向。電磁波的一個分量被切斷。它會阻擋兩個平面中的一個平面。在偏光材料中，分子排列在一個方向上。

應用

• 偏振器用於相機拍攝完美照片。

• 太陽鏡源於偏振的原理，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。

• 在塑膠工業中，應力分析是透過偏振完成的。

• 它有助於區分橫波和縱波。

• 有機化合物的旋光性測試是透過偏振完成的。

結論

• 光是一種電磁輻射形式，由光子組成。它們同時具有電場和磁場。它們可以是橫波和縱波兩種型別。

• 在非偏振光中，粒子的振動沿所有方向進行。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。

• 偏振可以以三種方式發生：圓偏振、橢圓偏振和平面偏振。

• 光的偏振是由四個因素引起的：反射、折射、散射和透射。它被廣泛應用於光譜學、光學、材料科學等領域。

常見問題

1. 說明布儒斯特定律。

這是入射光在該角度下從表面反射的光完全偏振的入射角，即布儒斯特角。這由以下公式定義：

$$\mathrm{\mu=tan \:i}$$

$\mathrm{\mu}$ 表示材料的折射率

i 表示偏振角

2. 什麼是斯涅爾定律？

入射角的正弦與折射角的正弦之比是一個常數。

$$\mathrm{\frac{sin\: i}{sin\: r}=constant}$$

3. 光的特性是什麼？

• 光能量能夠穿過真空。

• 光的速度約為3 x 108 m/s。

• 光會發生反射、折射、衍射、散射和偏振。

• 當單色光從一種介質傳播到另一種介質時，光的波長會發生變化，但頻率不會發生變化。

4. 反射定律是什麼？

反射定律如下。

• 照射到表面的光線是入射光，從表面反射的光線稱為反射光。

• 在入射點處垂直於反射表面的假想線稱為法線。

• 入射角等於反射角。

5. 什麼是偏振器和分析器？

用於偏振非偏振光的裝置是偏振器。偏振器可以旋轉360度。用於分析光是否為平面偏振光的裝置是分析器。分析器只能進出光路。