散射偏振

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引言

光是一种电磁辐射，是电磁波谱中唯一可见于人眼的部分。光子是光的基本单位。所有电磁能量都是由光子组成的。它们始终是中性的。也就是说，它们没有电荷。它们本身不会衰减。在电磁波谱中，人眼可见光的波长范围为 400-700nm。

什么是散射？

• 当光从一种介质传播到另一种介质（例如空气或水）时，介质中的粒子会吸收通过的光，并将其辐射到不同的方向。这被称为散射。

• 例如，当阳光穿过大气层到达地球时，大气中的粒子会吸收光并将其散射到不同的方向。

• 这就是天空呈蓝色的原因。

• 当光穿过介质时，粒子会反射光。这被称为散射。

• 粒子的尺寸和光的波长决定了散射的强度。

什么是偏振？

电磁辐射的波动性导致了称为偏振的现象。电磁波包含电场和磁场，它们始终相互垂直。由于光属于电磁辐射，因此有两种类型，例如横波和纵波。横波是指粒子振动方向垂直于波传播方向的波。纵波是指粒子振动方向平行于波传播方向的波。偏振的特性适用于横波。在非偏振光中，即来自太阳或灯泡的光，粒子的振动可能在所有可能的范围内。偏振使粒子在一个平面上振动。用于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属表面，则该表面会反射偏振光。偏振的幅度受入射角和非金属表面的影响。从表面反射的大部分光都是偏振的，并且平行于光的传播方向。

折射偏振

当光从一种介质传播到另一种介质时，光的传播方向和速度会发生变化。从表面折射的大部分光是非偏振的，并且只有部分偏振光。它们是部分偏振的，并且平行于光的传播方向。

反射和折射偏振 Д.Ильин: 翻译、优化、Brewsters-angle-ru, CC0 1.0

透射偏振

在这种方法中，使用具有特殊成分的材料作为滤光片。穿过偏振器传播的光在一个方向上偏振。电磁波的一个分量被切断。它阻挡了两个平面中的一个平面。在偏振材料中，分子在一个方向上排列。

散射偏振的工作原理

当光穿过任何材料时，光上的电场和磁场会辐射并从表面散射。光的吸收和重新发射使光变成部分偏振光。材料中的每个分子或原子都会吸收光并重新发射光。当非偏振光穿过介质时，它会被吸收并在不同的方向上重新辐射，从而部分偏振或完全偏振。

应用

• 偏振器用于相机拍摄完美的镜头。

• 太阳镜来自偏振的事实，用于减少眩光。

• 三维电影的形成和放映是通过偏振的概念完成的。

• 它用于研究地震、地震学和红外光谱学。

• 在塑料行业，应力分析是通过偏振完成的。

• 它有助于区分横波和纵波。

• 有机化合物的手性测试是通过偏振完成的。

• 天空的各种颜色是由于光的散射造成的。

结论

• 光是一种电磁辐射，包含电场和磁场。

• 在非偏振光中，粒子的振动方向是各个方向的。对粒子振动施加的限制称为偏振。粒子只能在一个平面上振动。

• 光的偏振发生三种方式，以上已详细讨论。

• 穿过介质的光会被介质中存在的散射粒子吸收。

• 当非偏振光穿过介质并在不同的方向上散射时，它会部分或完全偏振。

• 它们是天空颜色、日落和日出时的太阳以及彩虹形成的原因。

• 它们的应用如上所述。

常见问题

1. 什么是偏振器和检偏器？

用于使非偏振光偏振的装置是偏振器。偏振器可以旋转 360 度。用于分析光是否为平面偏振的装置是检偏器。检偏器只能进出光路。

2. 为什么天空是蓝色的，而云是白色的？

穿过地球大气层的光的波长范围为 400 纳米到 800 纳米。

• 地球大气层中存在的粒子的尺寸约为 10^-10 米，小于光的波长。

• 因此，根据瑞利散射，散射光的强度与入射光的波长成反比。

• 由于蓝光的波长是红光波长的一半，因此散射蓝光的强度高于红色。所以，天空看起来是蓝色的。

• 但是，云中的粒子大于入射光的波长，因为云位于低层大气中；散射的光包含所有波长。

• 所以它们看起来是白色的。

3. 宇航员在太空中只能看到黑色的云。为什么？

在太空中，没有大气层，这意味着太空中没有用于散射光的中间粒子。由于没有可能从天空散射光，因此对宇航员来说，天空看起来是黑色的。

4. 为什么声波不会偏振？

通常，偏振仅发生在横波中。由于声波是纵波，因此它们不会偏振。

5. 如果没有散射会发生什么？

如果没有散射，则：

• 天空不会形成彩虹。

• 天空始终是黑色的。

• 太阳即使在日落和日出时也始终是白色的。