[第30集] 偏振和马吕斯定律—MIT电和磁

根据网易公开课之MIT电和磁视频所做的笔记—[第30集] 偏振和马吕斯定律。

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  视频地址：http://v.163.com/special/opencourse/electricity.html

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这节课的内容：

偏振

马吕斯定律

布鲁斯特角

散射

非偏振光

太阳或者灯泡发出的光是非偏振的，因为平均来看，一段时间内并没有优先的偏振方向。

偏振光强

非偏振光，经过埃德温.兰德(Edwin Land)偏振片时，光子震动方向在偏振方向上投影，得到完全偏振光，对0到π/2范围内取平均值，光强变为1/2(cos²θ的积分)。

马吕斯定律(Mulus‘ Law)

非偏振光经过偏振片后，得到的偏振光强为原来的1/2；再经过角度为θ的偏振片后的光强为原来的cos²θ倍。

前提说明：

通过降低电场强度来降低单个光子能量的思想，是一种欺骗！一个光子有一个确定的能量，它只取决于光的频率。蓝光的频率比红光高，所以蓝光比红光有更高的能量。当把蓝光通过一个偏振片时，它要么通过，要么不通过，但如果它的确通过了，它仍然是蓝光，它的能量并没有减少。然而图中投影cosθ倍的降低，将意味着能量的下降，那就意味着将有一个颜色的变化，这束光将不再是蓝色，但事实并不是这样，光的频率没有变化。具体内容在量子力学中，但是最终推导结果还是马吕斯定律。

布鲁斯特角

光在经过介质反射和折射时，如果θ1+θ2=90°，反射光的平行分量为0，只剩下垂直分量，即反射光100%偏振。此时的角就是布鲁斯特角。在绝缘体上，只有布鲁斯特角时，可以得到100%线偏振光，但是这不适用于导体。金属反射就不会得到线偏振光，玻璃和水同样不同。

散射

光子的电场E带动微粒中的电子以光子的频率ω振动，当电子振动的时候，会产生电磁波，这个电磁波频率与光子相同。即光子被微粒吸收，微粒电子振动重新产生一个光子释放出来。看起来就像一个光子经过微粒后角度偏转了一样，这就是散射。产生的电磁波的方向E与a，r在同一平面，且垂直于r。由于路径r是一定的，而光子的振动方向垂直于黑板面，所以反射到观察位置的（虽然更大量光子没有到达观察者）光子的振动方向都是一定的，即100%偏振光。观察位置必须垂直于入射光方向才能得到100%偏振，其余的依次递减。

散射概率的说明

当小颗粒散射光时(0.1um)，蓝光散射的概率大概是红光的10倍，波长越短，散射概率越大。如果散射颗粒增大(1um)，散射概率的色彩差别将大大降低，如果用10um的颗粒散射，散射概率跟颜色就没有任何相关性了。这就是为什么天空是蓝色(蓝光散射的多，红光散射的少，但是PM2.5高的时候，红光增多，天空就变橙黄了)；香烟也是散射出来的蓝光多；云是白色，因为云中水滴的大小在10um以上。

太阳落山和升起时的颜色

因为太阳在地平线上时，穿过的大气层比较厚，沿路频率高的蓝绿光基本被散射没了，只剩下红黄光，能到达观察者眼中。同样，天空的云再次散射太阳光时也只有红黄光可以散射，因此云也是红色。