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光的偏振理解

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一直对光的偏振有点一知半解,只知道它大概的意思,但具体为什么防止炫光就很不清楚。找了很多视频,没想到最后是一个科普视频讲的特别清楚。

看完上面的视频,在看一下这个视频,主要是讲的线偏振、圆偏振概念,这些还是需要了解一下的。

我当时主要是有两个问题:

1. 为什么偏振片能遮挡反光?太阳光不应该是非偏振光吗

视频进行了解答,主要是理解非偏振光是什么,以及反射之后其实会变成偏振光。

2. 偏振和相位是什么关系?其实这两个是不同维度。

如下是千问的回答。

简单来说:偏振和相位是光波的两个不同属性,但它们紧密相关。反射确实会改变光的偏振态,而这种改变的核心机制之一,正是反射过程引入了特定的“相位变化”。

1. 偏振与相位:它们是什么关系?

你可以把光想象成一根在空间中传播的“跳绳”,偏振和相位分别描述了它的不同运动特征:

  • 相位(Phase):描述光波“振动的时间点”。它决定了波峰和波谷在空间中的位置。相位的变化通常会导致光波的波形向前或向后移动。
  • 偏振(Polarization):描述光波“振动的方向”。它决定了光的电场矢量是在上下振动(线偏振)、画圆圈(圆偏振)还是画椭圆(椭圆偏振)。

它们的关联在于:
光的偏振态是由两个互相垂直的电场分量(通常称为 \(E_x\)\(E_y\))合成的。这两个分量之间的“相位差”直接决定了最终的偏振形态:
* 如果两个分量同相位(相位差为0),合成后是线偏振光
* 如果两个分量相位差90度\(\pi/2\)),合成后是圆偏振光椭圆偏振光

因此,改变这两个分量之间的相对相位,就改变了偏振态。

2. 反射改变了偏振,是改变了相位吗?

答案是肯定的。反射改变偏振的主要物理机制,就是引入了特定的相位变化。

当光照射到一个界面上发生反射时,物理学家通常用“菲涅尔公式”来描述这个过程。反射光的电场可以分解为两个分量:
* s分量:垂直于入射面的电场分量。
* p分量:平行于入射面的电场分量。

反射改变偏振的本质是:
1. 振幅改变:s分量和p分量的反射率(反射光的强度)通常不同。
2. 相位改变:s分量和p分量在反射后,可能会经历不同的相位突变(即相位跳变)。

正是这种s分量和p分量之间产生的“相对相位差”,导致了偏振态的改变。

  • 偏振和相位是“表兄弟”:相位是描述波振动步调的量,而偏振是描述振动方向的量。通过调整两个垂直分量之间的相位差,就可以改变光的偏振态。
  • 反射改变偏振的机制:反射不仅改变了光的传播方向,还通过改变s光和p光的振幅比相对相位,重塑了光的偏振态。

所以,当人们说“反射改变了偏振”时,其背后的物理实质确实包含了相位的改变

偏振片有效防止反射的炫光:

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