飞机上拍摄到的彩虹?（图）

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-8 14:05:45

大清哥，俺对您贴子中的一些陈述还是不明白。不知能否再向您请教几个问题。

（1）天空中漫反射光线来自阳光，而阳光不是“偏振的”。那为什么“天空中大部分漫反射光线是”“偏振的”？

（2）光线透过一片玻璃（或其他介质）都经过两次（射进和射出）折射，仅在光线方向与介质表面垂直时不发生折射。而飞机的舷窗都安有两层或三层透光玻璃（或其它透光材料）。白光透过厚度不十分均匀的一片玻璃时都会和经玻璃内表面两次反射后再射出的光线产生干涉现象，呈现彩色条纹。多片玻璃，即使厚度均匀，但安装（或受压力影响）不绝对平行，也会因干涉而产生彩色条纹。您的“双折射”是什么意思？为什么必需要“偏振”才能有“干涉”？

（3）您提到的“扇形”，也不是什么“扇形分布”。如果把图中的两组仅65度的同心圆弧延伸至360度（即画成两组同心圆），并且向外再多画一些圆圈，那就能看出“干涉”条纹的真面貌了。黑白条纹的条数是由两点光源间的距离与波长之比决定的。其中最多有四条（可能0，2，4）射线是直的，其余都是弯的（形似抛物线，但应该是四次曲线）。它们与两光源连线的交点，是均匀分布在两（光源）点之间。而不象您图中那样，黑白条纹似乎都沿着指向中点的一族直线，形似扇子。您的图只是在局部小范围内的近似，容易误导人们得到“扇形”的错误结论。大清哥不妨画一个大一点的两组圆圈图看看。

（4）“偏振度”是怎么定义的？是偏振光的强度与总的光线强度之比，还是另有定义？

（5）您说“直射的光线近乎自然光”，那对拍照的人来说不“直射”的那些光线呢？

说得问得不对的地方，大清哥不要介意，并请批评纠正。多谢啦！

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-8 14:08:19

能猜对30%，哈，不错啦。

大清太平 · 发表于 2014-2-9 21:59:21

关于（1）、（4）、（5）有关偏振的问题：

太阳光为自然光，进入大气层后，经过微粒散射（前向散射、后向散射）后，出射光的偏振态上不再是自然光而一般都是偏振光。一般来说，经过多次的散射后，在偏离原入射光方向上，偏振度较大。

而在太阳的直射方向上，含有更多的偏振态没受到改变的（无偏振自然光）部分（证据是这个方向上的光强，和其他方向比，最大，可见漫反射所起的贡献相对小，偏振度小）。偏振度的定义是偏振光的强度与总的光线强度之比。线偏振是偏振度为1的光，是指光波的电场分量只在某一固定平面内振动。

在其他方向上，有大量的由于反射、折射、漫反射导致的偏振光，它们能直接进入相机、人眼，使得我们能看见我们周围的世界。

（2）是个很好的问题。偏振态对于“光波干涉”之所以重要，是因为不同的偏振态下，电场矢量的空间方向不一样。如果两束光的各自电场的振动平面是重合的（总在某一固定平面之内），因此在恒定相差的情况下，叠加后出现增强或者抵消，导致特征性的明暗条纹。如果两束光，它们电场的振动平面为互相垂直，在交汇点它们的合成矢量，很可能并不总能在特定的空间上有规律地增强和抵消，无法形成明暗干涉条纹。这是光波干涉和水波干涉非常不一样的地方。水波的振动方向是上下的，已经是天然的“线偏振光”了。设想一列波为上下振荡，另外一列是左右振荡，这是没法出现稳定的干涉的。双折射是指一束光进入介质后会分裂成两束不同属性的光。它们不一定总是干涉光；但在一定条件下，它们可能是干涉光，出现彩带。

（3）那个图是网上找的，猜想是计算机作图，按理说很简单的编程就能实现，不需要做任何近似处理，还真不清楚您说的局部近似是怎么出现的

。

本贴由[大清太平]最后编辑于：2014-2-9 22:55:51

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摄影之友 · 发表于 2014-2-14 04:19:06

说该彩虹是双折射材料产生的偏振光进行干涉而生成，这似乎过于武断。若把它作为一种猜测，以供大家讨论，那还是应当鼓励的。
光波干涉条纹往往不止一条，图中远处有足够空间来显现相邻条纹，为什么一点痕迹都没有？干涉条文应该毫无立体感，且跟画面背景无关，但图中彩虹与烈日白云配合，极具立体感，可称佳作（画作之作，而非摄影作品之作）。
Bo Zhang's Homepage （http://bzhang.lamost.org/website/archives/polarized_rainbow/）对自身所附彩虹图的论述尚欠严谨完善，更何况楼主贴中彩虹与之大相径庭！生搬硬套最后会难以自圆其说。建议参与讨论者多出示一些证据。

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-14 08:37:13

就您贴子中那《双折射狂欢》照片，俺想问大清哥两个问题：那刀叉勺是不锈钢的吗？这双折射发生在哪个表面？

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-14 08:38:32

大清哥头一个帖子标题中的“应该”二字，不是“必定”的意思。俺的理解，它仍是一种猜测，是带有比“也许”稍强一点的肯定倾向的猜测。

本贴由[冷眼看戏的Lili]最后编辑于：2014-2-15 3:3:11

本贴由[冷眼看戏的Lili]最后编辑于：2014-2-15 3:4:47

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-14 08:43:15

俺在“您的图只是在局部小范围内的近似”一句中省略了“对扇形”这几个字。完整的句子应该是“您的图只是在局部小范围内对扇形的近似”。这里“近似”二字是作动名词用。意思是说，在那相当小的三角形局部范围内，您那干涉图很接近扇形，并不是说有谁把图改动了、作了什么近似处理。

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-14 08:59:05

您能不能提供一幅由“两束不同属性的光”，“在一定条件下”，因“干涉”而出现恰好一条彩带的图片或一个图解例子？

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-14 09:27:00

您提供的这张干涉图（局部），两个振源的距离大约是波长的15倍，因而在完整的干涉图中有大约60根射线（黑白相间的黑条）从两个振源的连线向四周延伸。它们都是平面上的四次曲线，越向外曲率越小。您的局部图只是围取了一小块区域，貌似扇形而已。

大清太平 · 发表于 2014-2-14 23:44:01

好的，明白您的意思了。下面图也是网上搜来的，地址如下：

http://yuezhongmian.blog.sohu.com/189064335.html

http://1822.img.pp.sohu.com.cn/images/2011/10/27/19/7/u11338615_13402d2b578g213.jpg

令人感兴趣的是：（1）如果观察屏幕何纸面垂直，放在最上方，或者最下方，看到的便是明暗干涉条带（明条纹对应

图中灰色，暗条纹对应黑色），屏幕中间地带，条带密集，屏幕两侧，条带间隔宽。这是众所周知的典型的干涉图样。

（2）如果观察屏幕不是和纸面垂直，而是有一定夹角（甚至平行），会出现什么样的图案呢？我想

答案是取决于两光源的“形状”。如果是两个点光源，和（1）结果无异；如果是两个有一定尺寸（更符合实际）的

柱形光源呢。。。。。。

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大清太平 · 发表于 2014-2-15 00:03:45

这是吉林大学的光学教材，我们所需要的基本原理都在那里。

http://cc.jlu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx?courseId=34&topMenuId=115186&action=view&type=1&name=&menuType=1&curfolid=115282

这个是比较完整的示意图。取自于该教材4.3节。大学光学中有很多类似这样的实验。

P1:起偏器（类似地，太阳光经过散射也能产生偏振光）

I:劈尖形分光器（飞机舷窗双折射可起类似作用）

P2:起偏器（单反相机镜头前的偏振片起类似的作用）

我提供的解释，都是围绕这三大“器件”进行的，那位Bo Zhang的解释，也一样的思路。

我唯一提请大家注意的问题是，我上面答复中提到过的“点光源”还是“柱光源”问题。

—— 最后，本人觉得这些讨论，涉及到的光学内容有点不够大众化，

也许不适合在这个论坛继续展开了。也顺便答复“摄影之友”朋友，并感谢lili替我圆场，

我第一个回复中标题用到的“应该”，确实是一种有一定倾向性的揣测语气，如果我把

“应该”两字拿掉，您再读读，那就是肯定语气了。后面我也提到了，而且也再次重申：

“我也不是砖家，给的是分析意见而不是答案和结论，抛砖引玉供大家讨论。”

lili和其他朋友提供的有关PS的分析，我认为有各自的道理，我不质疑。

我最大的目的，恐怕是想说明，这种样子的彩带不是能一眼就断定其没有存在的科学依据，

并向大家分享我所了解的大学光学课程中一个有趣的现象。

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大清太平 · 发表于 2014-2-15 02:20:02

不是不锈钢，是塑料的（那个链接中，图注有说明）。双折射是“折射”，是要进出塑料餐具内部的。

我现在不清楚的是，光源是在纸面后面呢还是前面；如果是前面，反射过程会参与，如果在纸面后面，反射就不一定参与了。

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冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-15 06:04:25

谢谢答复！

那中间的一堆东东是玻璃（或透明塑料）碎片吧。俺也在琢磨，拍这“双折射狂欢”的光照是在哪个方向。

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-15 06:09:26

俺不明白您说的“屏幕”和“纸面”指的什么。能否解释一下？谢谢啦！

您这里提供的图，也说明了您先前“一个辐射状分布(并指向某个中心点）”的论断并不正确。这干涉图跟那“彩虹”一点也不象。

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-15 06:12:47

您这里的图也佐证了“摄影之友”先生对您的彩虹生成原理猜测的质疑。

俺看，“摄影之友”先生只是以学长（也可能学界长辈，那传说中的“臭老九”一类的

）的口气规劝一两句而已，没有争吵或争论的场面，所以也谈不上什么圆场。他/她帖子中提到的两条理由，倒是应当重视的。

俺同样觉得，因干涉而产生的条纹应该是一组，而不是孤单的一条。在某一条带的两侧，两束光波的相位差增加或减少360度的地方也会出现条带。充其量，条带的明暗对比度因其他原因而有所不同。这正是光的波动性的体现。因此，俺觉得“飞机上拍摄到的彩虹”图片中的彩虹不大可能是由于“干涉”而产生的。

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本贴由[冷眼看戏的Lili]最后编辑于：2014-2-14 22:21:44

大清太平 · 发表于 2014-2-15 07:30:47

我用的"辐射状发布“、”中心点”等，也许字面上说不严格，但表示的现象就是，从某些角度看，条带不是等宽的，靠近光源

的地方窄，远的地方宽。看起来像个发射状。

我提到纸面、屏幕，是在讲这个干涉场，从哪个角度观看的问题。“屏幕”指观测屏幕，条带的投影平面。展示光学实验效果的屏幕。

而“纸面”，是指示意图所在平面。

关于有多组（一组指一套完整色彩）图案的可能性，理论上说，肯定是应该有多组，这个我没有问题。

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冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-15 10:57:14

谢谢大清哥答复！

“不正确”之处，不是“辐射状分布”，而是已用黑体字表明的“指向某个中心点”。事实上，在众多辐射状条带中，至多只有4条是直的，也只有它们是指向“中心”的。所有其他辐射状条带都是弯的，指向两振源中心连线上的若干个非“中心”点，两两连接成若干条四次曲线（平面上的）形状走向的无穷条带。当然是越远条带越宽，因为渐变的“黑-灰-白”要覆盖全平面啊。

真不好意思

，俺还是不明白您这“纸面”指的是什么。那“示意图”不是投影到“屏幕”上去了吗？“纸”在哪儿呀？难道您说的“示意图”是画在纸上，用老式的（估计得二十多年前的了吧）反射式overhead 投影机投射，而不是把它存在电脑“文件”中通过电脑投影仪投射到屏幕上去的？

从电脑屏幕上看，视线与屏幕在重垂方向的夹角大小，倒是影响（其程度依赖于电脑显示屏的质量）图像的视觉色彩和明暗，但不影响线条的主要几何性状。

从图像上“一条（一组彩色的）条带”跟“相邻的多条（多组彩色的）”的本质区别来看，“飞机上拍摄到的彩虹”图片中的彩带似乎不大可能是由于“干涉”而产生的。有哪位能人高手来帮个忙，在实验室中试试能否复制出那“拍摄到的彩虹”。多谢！

gaoxiao · 发表于 2014-2-15 22:54:02

http://www.zhuitutu.com/html/2012/hp_0405/4169.html

zuixinxiaohua · 发表于 2014-2-15 22:57:05

http://m.mahua.com/xiaohua/46868.htm

大清太平 · 发表于 2014-2-15 23:17:31

我的描述比较侧重于物理概念，您对准确的数学图像抠得严格

我提到的“中心点”意思其实非常简单，是单个辐射状图形的汇聚点（说顶点、汇聚点也许就不会误会了）。而各个辐射状的汇聚点，如您说言，位于两光源之间的那条连线上。如果观察者从很远的并且偏离中心线（两光源之间连线的垂直线）的地方观察，视觉上，会感觉到每个条带都最终聚焦在两光源之间的那片中心区域，当然这不是很严格的数学图像。

看来我用的“屏幕”“平面”的说法把您弄糊涂了。还是用下面这个图比较容易些：

“屏幕”，是指最右下边的带有条带的那个物件。注意，按照图中的设置，它和其它物件看起来是平行的。是观看干涉场的探测器。在“屏幕”的位置上，也可以放照相机。“纸面”，是指和这个“屏幕”垂直的并穿过尖劈中心的平面。

在“屏幕”的位置上，照相机。干涉场是“各向异性”的；并且两个理想点光源形成的干涉场又和非点光源形成的干涉场是很不一样的。我们能看到什么，完全取决于屏幕替我们做盲人摸象，因此原则上说，我们可能看到的图像远比众所周知的那几个平行条带，复杂得多。具体说，取决于我们所设置的“屏幕”的下面特性：

1，尺寸大小，几何形状。比如小屏幕时，也许只能看到局部的少量的光带。

2，屏幕的位置取向，是近场还是远场，是中心轴方向，还是其两侧。在两侧、远场的情况下，多见弯曲的光带。

3，屏幕平面相对于图中与其他物件平行面的倾斜以及偏转角度（用雷达的语言，叫方位角和仰角）；换成照相机的话，镜头平面是垂直于中心轴，还是向下向上，向左向右。如果要看到那种辐射状的条带，下图屏幕的位置和角度，显然是不行的。

4，如果是照相机镜头的话，镜头的光学特点，拍摄使用的焦距等因素，又对上面1，2，3因素产生影响，大大提高了问题的复杂性。

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taijiale · 发表于 2014-2-15 23:27:47

http://bbs.nantaihu.com/simple/?t90618756.html

冷眼看戏的Lili · 发表于 2014-2-16 01:59:43

非常感谢您的答复！

关于干涉条带“指向某个中心点”的说法，俺明白您的意思了。您是学物理出身的，从手头的局部（那个小扇形）干涉图中，粗略地得到条带都“指向某个中心点”的印象是完全可以理解的。俺只是从物理和数学的原理出发，量化地分析计算，得到与之略微不同的结论。实际上，您的“指向某个中心点”论断还是很接近真实情况的。数学上，如果把每个条带的中间线看成平面上的一条曲线，在其中任一条上的任一给定点上，画该曲线的切线，考察这切线与两振中连线的交点，我们会发现：当曲线上的点趋于无穷远时，上述交点位置的极限就是那“中心点”。这就是说，想象这干涉图画得很大很大，而观察者又站得很远很远，那么看起来这些干涉条带就几乎是指向某个中心点了。

至于“纸面”一说，俺现在不糊涂了。那“纸”并不存在，它只是您在考虑问题时脑中想象的（辅助工具）但又没有把它的位置说出来或画出来的东东。屏幕上干涉条纹的视觉形态当然跟屏幕大小、相对于光束方向的位置和角度有关，也跟光学镜片的设计以及加工精度有关。在理想情况下，近中心区域的干涉图像就应象您附图中那样的平行条纹。

再次感谢大清哥耐心指教！

lilidifang · 发表于 2014-2-22 10:46:15

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