极化的天窗
你有时遇到断言天窗是100%来自太阳的极化在90°,大概是因为情商。(7.115)。天窗是从来没有100%的极化方向,有更多的故事比这个简单的方程告诉天窗极化。所有离开的原因100%是同一个主题的变奏,因此我们可以用相同的解释分析。
假设两个光束斯托克斯参数{英国本土知识,Qk Vk}和偏振度Pk, k = 1, 2,语无伦次地叠加。合成光束的偏振度
斯托克斯参数可以看作是指定一个点的坐标在一个四维空间(斯托克斯空间)。如果我们表示位置矢量在这个空间我们可以写Eq。(7.117)
V(气+ Q2) 2 + 2 (Ui + U2) + (Vi + V2) I1和I2
锁相环\ + Pjlj + 2 ai•A2 - 2 hh (/ (1 + 2) 2
在Ai•A2 = I1I2 + Q1Q2 + U1U2 + V1V2标量(点)两个向量的产物。的身份
2 i1i2 = (2 + 12) 2 - Ii2 I22(7.119)和不平等
人工智能Ai•A2 < | | | A2 | = hhy / P ?+ l /第22位+ 1(7.120)它遵循
^第22位+ 1 <我吗?我^ P2 + 1 +吗?2 ^ P2 + 1, (7.121)
在Pk = Ik / (I1和I2)。平等是只有两束偏振以同样的方式,也就是说,有相同的椭圆振动和偏振度。如果两束不相同在这个意义上,我们把
它遵循从情商。(7.121)
由于极化的程度是正的,
因此如果两束(除了那些相同的偏振状态)结合了,合成的偏振度小于光束的偏振度最高的。什么是真实的两束适用于任意数量的光束。我们现在有必要的工具来解释所有的天窗的原因不是100%来自太阳的极化在90°或任何其他方向。
首先考虑最重要的原因。一个观察者在一个方向在90°来自太阳的光在一个特定的方向接收阳光分散在一个小范围的角度(太阳的角宽度)附近90°。即使这种散射光偏振100%为90°,它不是在邻近的角度。散射在所有这些角度导致观察者接收到的光线,因此从情商。(7.124)极化的程度必须小于100%。
方程(7.113)是有效的只有一个球对称偶极散射体。但地球大气层的主要分子是线性分子O2、N2非球对称。面向线性分子的垂直于极化散射光散射平面确实导致100%在90°。但如果分子的方向发生了变化,散射光的偏振度在这个方向上还不到100%。一个观察者在一个特定的方向接收光的语无伦次和分散的合奏面向随机的不对称分子,因为其中极化的程度必须小于100%。分子不对称仅降低了最大程度的极化的阳光散落到94%左右。
图7.11:光从天空是先后的总和减少来自单一的散射,散射两倍,三倍的散射,等等,阳光。描述这是贡献的总光从太阳的方向在90°的单身,四散射。
图7.11:光从天空是先后的总和减少来自单一的散射,散射两倍,三倍的散射,等等,阳光。描述这是贡献的总光从太阳的方向在90°的单身,四散射。
多次散射阳光的气氛永远不会完全缺席。一个观察者在一个方向90°太阳光接收单散射光,双散射光,三重散射光等(见图7.11)。单一的散射光的偏振度最大,把分散的部件,一般来说,少了。所以,情商。(7.124),多次散射大气中只能减少极化的程度低于理论最大值。地面反射的只是另一种形式的多重散射。
大气中是很少的,完全免费的粒子。甚至非偏振光的散射领域(7.4秒。),如果他们是相当或比波长大,不会导致100%极化在90°或任何散射角。如果粒子与波长相比非常小,但nonspherical和随机的,光散射的偏振度小于100%为90°。此外,所有粒子增加散射光大气的厚度多次散射,因此增加。
太阳的有限角宽度、分子不对称,多个散射,反射地面,和散射粒子都变化的根本原因为什么阳光散落在90°不是100%极化:梁的非相干叠加不同程度的极化只能减少极化的程度。
如果我们设置m = 1 (Eq布鲁斯特定律。(7.96)]= 45°。反射光和入射波之间的角度可以被认为是一种散射角。因此散射角为90°的极化是最大,表达的语言镜面反射,对应于一个偏振角45°。事实上,布儒斯特指出,“如果我们把空气1.00031偏振角的折光力将45°00 32”,因此同意最引人注目的是观察到的角。”Well, yes and no. According to the Fresnel coefficients, which underlie Brewster's law, when m = 1 the interface disappears and reflection is zero. So although these equations correctly predict the polarizing angle for air, as we might expect given the scattering interpretation of reflection, they are powerless to say anything about the magnitude of scattering by air. Equation (7.115) applies to a single, spherically symmetric dipolar scatterer, whereas Eq. (7.108) applies to a coherent array of many dipolar scatterers. In the limit m ^ 1 Eq. (7.115) approaches Eq. (7.108) if we call the scattering angle for specular reflection that between the reflected and transmitted waves. Brewster got the right answer by (slightly) wrong reasoning because of the similar underlying physical mechanisms for specular reflection (scattering by a coherent dipolar array) and for scattering of sunlight by air (scattering by an incoherent dipolar array).
一个明显的极化之间的冲突由小粒子散射和Brew-ster定律陷入困境约翰•廷德尔,许多早期的实验调查的光散射颗粒的悬浮液。瑞利勋爵的段落之一著名的1871年“光从天空,其极化和色彩”首先解决什么廷德尔”感到困难”:“廷德尔说,…初云的偏振光束的迄今为止被证明是绝对独立的起偏振角。布儒斯特的法则并不适用于在这个条件;它取决于波动的理论来解释为什么。每当沉淀颗粒足够好,不管什么物质形成的粒子,最大极化是成直角的方向照明光束,物质的极化角这个条件总是45°。这个我认为是资本的重要性……的瑞利回答说:“不会有两个意见的重要性;但我敢认为困难是虚构的,是主要由滥用这个词引起的反射。当然没有在反射或折射的词源禁止他们的应用程序在这个意义上;但获得技术含义的话,变得与某些知名法律之后调用它们。 Now a moment's consideration of the principles according to which reflection and refraction are explained in the wave theory is sufficient to show that they have no application unless the surface of the disturbing body is larger than many square wave-lengths; whereas the particles to which the sky is supposed to owe its illumination must be smaller than the wave-length. ..The idea of偏振反射因此的;”,布儒斯特的法律并不适用于在这种情况下“(极端细度)只可能是推断从波浪理论的原则。”
因为这个原因我们小心,不要使用反射作为一个粒子散射的同义词。此外,我们还注意资格反射镜面当我们有这种思想。镜面反射和折射定律、菲涅耳系数,布鲁斯特定律,都有一个有限的范围的有效性。
最大程度的减少极化并不是唯一的多次散射的结果。根据(7.115)式。天空中应该有两个中立点,天窗是未极化的方向:直接向太阳(太阳能)和直接远离太阳(对日点)。因为多次散射,然而,有三个这样的点。当太阳大于20°地平线以上有中立点的太阳在20°,巴比内点上面,下面的布儒斯特点。他们一致当太阳直接开销和移动当太阳降落。当太阳低于20°,阿拉戈点大约是20°以上对日点。
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