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导波
为使远距离通信成为可能,就要对衍射进行管控,解决这一问题的方法就是使用波导,例如光纤。
波导是一种经过精心设计使其截面具有特殊折射率的结构。
例如,光纤内的折射率变化分布经过了特殊设计,使得直径为几百万分之一米的“芯”
比周围“包层”
的折射率更高。
这样,光就被局限在折射率较高的“芯”
里,沿着光纤移动而不发生衍射,从而完成远距离传输(例如通过海底光缆横跨大西洋),同时光束的大小保持不变。
从通信到传感器等广泛光信息基础设施,都是依靠这种控制光的方式来工作的。
偏振
光的波动模型的最后一个重要特征是偏振特性。
回想一下,在横波中,波的振动方向与波传播方向相垂直。
但是,与波的传播方向成直角的方向有两个,也就是说,横波有两个可能的波动方向。
以一根绳子上产生的波为例。
如果你将绳子的一端上下快速移动,你会发现波是沿着绳子移动的。
如果快速地左右移动绳子一端,也会发生类似的事情。
不管是垂直于地面振动,还是水平于地面振动,这两种振动方向都与绳子的方向垂直,也就是与波的移动方向垂直。
这样的波都被称为“横波”
。
光波就是一种横波。
水平偏振光有一个在水平面(相对于光具座[1])上振**的电场。
类似地,垂直偏振的光束在垂直平面上振**——还有其他更加复杂的偏振形式,这里就不赘述了。
要解释双折射现象,我们可以先从晶体的结构入手。
晶体由单位晶胞重复排列组合而成。
作为构成晶体的最小几何单元,晶胞是由原子构成的特殊结构。
这些晶胞本身可能是不对称的,光沿着晶胞的长轴或短轴传播时会发生不同的偏振,折射率也将随之不同。
因此,当光通过这种晶体的时候,光的传播方向会发生不同程度的偏移。
众所周知,太阳眼镜就是利用了光的偏振特性。
一些太阳眼镜使用塑料(例如塑料偏光薄片)做镜片来充当偏振片。
偏振片只允许某个特定偏振方向(例如垂直偏振)的光通过,垂直于该特定方向的偏振光(例如水平偏振)则被偏振片所吸收。
塑料偏光薄片是由橄榄球形状的分子组成的,这些分子在这种塑料聚合物中整齐排列并且像被“冻住”
一样一动不动。
这些分子优先吸收沿着分子排列轴方向偏振的光。
一般来说,由于由物体散射的阳光会随机偏振(约为每个偏振方向的50%),因此,过滤掉某一偏振方向的光就可以有效地将场景亮度降低一半。
此外,太阳镜还可以减少眩光,即从光亮的平面(例如汽车的引擎盖或者风挡玻璃)反射的光线。
这些平面倾向于反射偏振方向与该平面平行的光[这个现象被19世纪大卫·布鲁斯特爵士(SirDavidBrewster)发现,并以他的名字命名]。
戴上我们上面所说的太阳镜之后,这种反射光就因为其偏振方向被太阳镜挡住,因此看马路的时候视野会更加清晰。
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