KAJ JE POLARIZIRANA SVETLOBA? - FIZIČNO - 2026

Polarizirana svetloba je elektromagnetno sevanje vibracijski v eni ravnini, ki je pravokotna na smer razširjanja. Vibracija v ravnini pomeni, da vektor električnega polja svetlobnega vala niha vzporedno s prostorom dveh pravokotnih komponent, kot je primer xy ravnine polarizacije.

Naravna ali umetna svetloba je valovni vlak elektromagnetnega sevanja, katerega električna polja nihajo naključno v vseh ravninah pravokotno na smer širjenja. Kadar je samo del sevanja omejen na nihanje v posamezni ravnini, se svetloba polarizira.

Vertikalno polarizirani svetlobni val v ravnini kot nepolarizirani svetlobni valovi posegajo po polarizacijski rešetki. Avtor Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Eden od načinov pridobivanja polarizirane svetlobe je udarjanje žarka svetlobe na polarizirajoči filter, ki je sestavljen iz polimerne strukture, usmerjene v eno samo smer, ki omogoča, da skozi vanjo prehajajo samo valovi, ki oscilirajo v isti ravnini, medtem ko se ostali valovi absorbirajo. .

Žar svetlobe, ki prehaja skozi filter, ima nižjo intenzivnost kot vpadni žarek. Ta lastnost je način za razlikovanje med polarizirano svetlobo in nepolarizirano svetlobo. Človeško oko nima sposobnosti razlikovanja med enim in drugim.

Svetloba je lahko linearna, krožna ali eliptična polarizirana, odvisno od smeri širjenja valov. Prav tako lahko polarizirano svetlobo dobimo s fizikalnimi procesi, kot so odboj, lom, difrakcija in dvoodreklo.

Linearno polarizirana svetloba

Ko električno polje svetlobnega vala neprestano niha in opisuje ravno črto v ravnini, pravokotni na širjenje, se pravi, da je svetloba linearno polarizirana. V tem stanju polarizacije sta fazi obeh komponent električnega polja enaki.

Če se dve valovi, linearno polarizirani, vibrirata v ravninah, pravokotni drug na drugega, dobita drugo linearno polarizirano valovanje. Dobljeni svetlobni val bo v fazi s prejšnjimi. Dva vala sta v fazi, ko hkrati predstavljata enak premik.

Linearna, krožna in eliptična polarizacija. Z induktivno obremenitvijo. (https://commons.wikimedia.org)

Krožna polarizirana svetloba

Svetlobni val, katerega vektor električnega polja krožno niha v isti ravnini, pravokotni na širjenje, je krožno polariziran. V tem stanju polarizacije velikost električnega polja ostane konstantna. Usmerjenost električnega polja je v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri urinega kazalca.

Električno polje polarizirane svetlobe opisuje krožne poti s konstantno kotno frekvenco ω.

Dva linearno polarizirana svetlobna vala, ki sta pravokotno nameščena drug drugemu, s fazno razliko 90 °, tvorita krožno polariziran svetlobni val.

Eliptično polarizirana svetloba

V tem stanju polarizacije električno polje svetlobnega vala opisuje elipso v celotni ravnini, pravokotno na širjenje in je usmerjeno v smeri vrtenja v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri urinega kazalca.

Superpozicija dveh svetlobnih valov, ki sta pravokotni drug na drugega, enega z linearno polarizacijo in drugega s krožno polarizacijo ter s faznim premikom 90 °, povzroči svetlobni val z eliptično polarizacijo. Polarizirani svetlobni val je podoben primeru krožne polarizacije, vendar se spreminja velikost električnega polja.

Odbojna polarizirana svetloba

Odsevno polarizirano svetlobo je Malus odkril leta 1808. Malus je opazil, da ko žarek nepolarizirane svetlobe udari v dobro polirano in prozorno stekleno ploščo, se del svetlobe lomi, ko gre skozi ploščo, drugi del pa se odbija, tvori kota 90 ° med refrakcijo in odsevanim žarkom.

Odsevani svetlobni žarek je linearno polariziran z nihanjem v ravnini, pravokotni na smer širjenja, njegova stopnja polarizacije pa je odvisna od vpadnega kota.

Vpadni kot, pri katerem je odsevani svetlobni žarek popolnoma polariziran, imenujemo Brewsterjev kot (θ _B )

Refrakcijsko polarizirana svetloba

Če žarek nepolarizirane svetlobe naleti na Brewsterjev kot (θ _B ) na kup steklenih plošč, se nekatere vibracije, pravokotne na ravnino vpadanja, odražajo na vsaki plošči, preostale vibracije pa se prelomijo.

Rezultat tega je, da so vsi odsevani prameni polarizirani v isti ravnini, medtem ko so lomljeni žarki delno polarizirani.

Večje kot je število površin, lomljeni žarek bo izgubil vse več nihanj pravokotno na ravnino. Konec koncev bo oddana svetloba linearno polarizirana v isti vpadni ravnini kot nepolarizirana svetloba.

Škropljenje polarizirane svetlobe

Svetloba, ki pade na majhne delce, suspendirane v mediju, absorbira njegova atomska struktura. Električno polje, ki ga povzročajo atomi in molekule, ima vibracije vzporedne z ravnino nihanja vpadne svetlobe.

Prav tako je električno polje pravokotno na smer širjenja. Med tem postopki atomi oddajajo fotone svetlobe, ki se odbijajo v vseh možnih smereh.

Izpuščeni fotoni predstavljajo niz svetlobnih valov, ki jih razpršijo delci. Del razpršene svetlobe, pravokoten na vpadni svetlobni žarek, je linearno polariziran. Drugi del svetlobe, razpršene v vzporedni smeri, ni polariziran, preostala svetloba, ki jo raztresejo delci, je delno polarizirana.

Razprševanje delcev z velikostjo, ki je primerljiva z valovno dolžino vpadne svetlobe, se imenuje Rayleighovo razprševanje. Ta vrsta sipanja omogoča razlago modre barve neba ali rdeče barve sončnega zahoda.

Rayleigh-sipanje ima odvisnost, obratno sorazmerno s četrto močjo valovne dolžine (1 / λ ⁴ ).

Birefringence polarizirana svetloba

Birefringence je značilna lastnost nekaterih materialov, kot sta kalcit in kremen, ki imata dva indeksa loma. Dvoslojna polarizirana svetloba je pridobljena, ko žarek svetlobe pade na dvorezen material, ki se loči na odbijeni in dva lomljena žarka.

Od dveh ločenih žarkov eden odstopa bolj kot drugi, ki niha pravokotno na vpadno ravnino, drugi pa vzporedno niha. Oba materiala izhajata iz materiala z linearno polarizacijo na ravnino vpadanja.

Reference

1. Goldstein, D. Polarizirana svetloba. New York: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA in White, H E. Osnove optike. NY: McGraw Hill High Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A in Teich, M C. Osnove fotonike. Kanada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. Sodobna optika. Kanada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF in Huffman, D R. Absorpcija in razprševanje svetlobe z majhnimi delci. Kanada: Jhon Wiley & Sons, 1998.