KAS IR POLARIZĒTĀ GAISMA? - FIZISKĀ - 2025

Polarizēta gaisma ir elektromagnētiskais starojums vibrācijas vienā plaknē, kas ir perpendikulāra izplatīšanās virzienu. Vibrācija plaknē nozīmē, ka gaismas viļņa elektriskā lauka vektors svārstās paralēli divu taisnstūra komponentu atstarpei, kā tas notiek polarizācijas xy plaknē.

Dabiskā vai mākslīgā gaisma ir elektromagnētiskā starojuma viļņu vilciens, kura elektriskie lauki nejauši svārstās visās plaknēs, kas ir perpendikulāras izplatīšanās virzienam. Ja tikai daļa starojuma ir ierobežota ar svārstībām vienā plaknē, tiek uzskatīts, ka gaisma ir polarizēta.

Vertikāli polarizēts gaismas vilnis plaknē, jo nepolarizēti gaismas viļņi saskaras ar polarizācijas režģi. Autors: Bobs Melišs (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Viens veids, kā iegūt polarizētu gaismu, ir triecot gaismas staru uz polarizējošo filtru, kas sastāv no polimēra struktūras, kas orientēta vienā virzienā, ļaujot cauri iziet tikai viļņiem, kas svārstās tajā pašā plaknē, kamēr pārējie viļņi tiek absorbēti. .

Gaismas lokam, kas iet caur filtru, ir zemāka intensitāte nekā krītošajam. Šī funkcija ir veids, kā atšķirt polarizēto gaismu no nepolārās gaismas. Cilvēka acs nespēj atšķirt vienu un otru.

Gaisma var būt lineāra, apļveida vai eliptiski polarizēta atkarībā no viļņa izplatīšanās virziena. Polarizētu gaismu var iegūt arī ar tādiem fizikāliem procesiem kā refleksija, refrakcija, difrakcija un birefringence.

Lineāri polarizēta gaisma

Kad gaismas viļņa elektriskais lauks nepārtraukti svārstās, aprakstot taisnu līniju plaknē, kas ir perpendikulāra izplatībai, tiek uzskatīts, ka gaisma ir lineāri polarizēta. Šajā polarizācijas stāvoklī elektriskā lauka divu komponentu fāzes ir vienādas.

Ja tiek pārklāti divi lineāri polarizēti viļņi, kas vibrē plaknēs, kas ir perpendikulāras viena otrai, iegūst vēl vienu lineāri polarizētu viļņu. Iegūtais gaismas vilnis būs fāzē ar iepriekšējiem. Divi viļņi ir fāzē, kad tie vienā un tajā pašā laikā rada vienādu pārvietojumu.

Lineārā, apļveida un eliptiska polarizācija. Ar induktīvo slodzi. (https://commons.wikimedia.org)

Apļveida polarizēta gaisma

Gaismas vilnis, kura elektriskā lauka vektors svārstās apļveida veidā vienā plaknē perpendikulāri izplatībai, ir apļveida polarizēts. Šajā polarizācijas stāvoklī elektriskā lauka lielums paliek nemainīgs. Elektriskā lauka orientācija ir pulksteņrādītāja virzienā vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Polarizētās gaismas elektriskais lauks raksturo apļveida ceļus ar nemainīgu leņķisko frekvenci ω.

Divi lineāri polarizēti gaismas viļņi, kas ir savstarpēji izvietoti perpendikulāri ar fāžu starpību 90 °, veido apļveida polarizētu gaismas viļņu.

Eliptiski polarizēta gaisma

Šajā polarizācijas stāvoklī gaismas viļņa elektriskais lauks apzīmē elipsi visā plaknē, kas ir perpendikulāra izplatībai, un ir orientēta pulksteņa rādītāja virzienā vai pretēji pulksteņa rādītāja virzienam.

Divu gaismas viļņu, kas ir perpendikulāri viens otram, superpozīcija, viens ar lineāru polarizāciju, otrs ar apļveida polarizāciju un ar fāzes nobīdi 90 °, rada gaismas viļņu ar eliptisku polarizāciju. Polarizētais gaismas vilnis ir līdzīgs apļveida polarizācijas gadījumam, bet mainās elektriskā lauka lielums.

Polarizēta gaisma

Atstarojošo polarizēto gaismu Maluss atklāja 1808. gadā. Maluss novēroja, ka tad, kad nepolarizētas gaismas stars atsitās pret labi noslīpētu, caurspīdīgu stikla plāksni, daļa gaismas tiek refrakcija, iet cauri plāksnei, bet otra daļa tiek atstarota, veidojot 90 ° leņķis starp refrakcijas un atstaroto staru.

Atstarotais gaismas stars ir lineāri polarizēts, ja svārstās plaknē, kas ir perpendikulāra izplatīšanās virzienam, un tā polarizācijas pakāpe ir atkarīga no kritiena leņķa.

Kritiena leņķi, ar kuru atstarotā gaismas stars tiek pilnībā polarizēts, sauc par Brewster leņķi (θ _B ).

Refrakcijas polarizētā gaisma

Ja ar Brewstera leņķi (θ _B ) uz stikla plākšņu kaudzītes nonāk nepoliarizēts gaismas stars , dažas no vibrācijām, kas ir perpendikulāras kritiena plaknei, tiek atstarotas no katras plāksnes, un pārējās vibrācijas tiek refraktētas.

Neto rezultāts ir tāds, ka visas atstarotās sijas ir polarizētas vienā plaknē, bet refrakcijas sijas ir daļēji polarizētas.

Jo lielāks virsmu skaits, jo refrakcijas stars zaudēs arvien vairāk svārstību perpendikulāri plaknei. Galu galā pārraidītā gaisma būs lineāri polarizēta tajā pašā sastopamības plaknē kā nepolārā gaisma.

Izkliedējoša polarizēta gaisma

Gaismu, kas krīt uz vidē suspendētām sīkām daļiņām, absorbē tā atomu struktūra. Atomos un molekulās ierosinātajam elektriskajam laukam ir vibrācijas paralēli krītošās gaismas svārstību plaknei.

Tāpat elektriskais lauks ir perpendikulārs izplatīšanās virzienam. Šī procesa laikā atomi izstaro gaismas fotonus, kas tiek novirzīti visos iespējamajos virzienos.

Izstarotie fotoni veido gaismas viļņu kopumu, ko izkliedē daļiņas. Izkliedētās gaismas daļa, kas perpendikulāra krītošajam gaismas kūlim, ir lineāri polarizēta. Otra gaismas daļa, kas izkliedēta paralēlajā virzienā, nav polarizēta, bet pārējā daļiņu izkliedētā gaisma ir daļēji polarizēta.

Tādu daļiņu izkliedi, kuru izmērs ir salīdzināms ar krītošās gaismas viļņa garumu, sauc par Raileiga izkliedi. Šis izkliedes veids ļauj izskaidrot debesu zilo krāsu vai saulrieta sarkano krāsu.

Reilija izkliedei ir apgriezti proporcionāla viļņa garuma ceturtā jauda (1 / λ ⁴ ).

Birefringence polarizēta gaisma

Birefence ir raksturīga īpašība dažiem materiāliem, piemēram, kalcītam un kvarcam, kuriem ir divi refrakcijas rādītāji. Birefringent polarizētu gaismu iegūst, kad gaismas starojums nokrīt uz birefringent materiāla, sadaloties atstarotā starā un divos refragmentētajos staros.

No diviem refrakcijas stariem viens novirzās vairāk nekā otrs, svārstoties perpendikulāri krišanas plaknei, bet otrs svārstās paralēli. Abi stari izdalās no materiāla ar lineāru polarizāciju līdz sastopamības plaknei.

Atsauces

1. Goldšteins, D. Polarizētā gaisma. Ņujorka: Marcels Dekkers, inc., 2003.
2. Dženkinss, FA un White, H E. Optikas pamati. NY: McGraw Hill augstākā izglītība, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A un Teich, M C. Fotonikas pamati. Kanāda: Džons Vilijs un dēli, 1991. gads.
4. Gentērs, R D. Mūsdienu optika. Kanāda: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF un Huffman, D R. Gaismas absorbcija un izkliede ar mazām daļiņām. Kanāda: Jhon Wiley & Sons, 1998.