Co to jest światło spolaryzowane?
Światło spolaryzowane jest promieniowaniem elektromagnetycznym, które wibruje w jednej płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji. Wibracja w płaszczyźnie oznacza, że wektor pola elektrycznego fali świetlnej oscyluje równolegle do przestrzeni dwóch prostokątnych elementów, jak w przypadku płaszczyzny polaryzacji xy.
Naturalne lub sztuczne światło jest ciągiem fal promieniowania elektromagnetycznego, którego pola elektryczne oscylują losowo we wszystkich płaszczyznach prostopadłych do kierunku propagacji. Gdy tylko część promieniowania jest ograniczona do oscylacji w jednej płaszczyźnie, mówi się, że światło jest spolaryzowane.
Jednym ze sposobów uzyskania światła spolaryzowanego jest nacięcie promienia światła w filtrze polaryzacyjnym, który składa się z struktury polimerowej zorientowanej tylko w jednym kierunku, pozwalając jedynie falom oscylującym w tej samej płaszczyźnie na przejście, podczas gdy reszta fal jest absorbowana,
Promień światła przechodzący przez filtr ma mniejszą intensywność niż promień padający. Ta szczególność jest sposobem na odróżnienie światła spolaryzowanego od światła niespolaryzowanego. Ludzkie oko nie ma zdolności odróżniania jednego od drugiego.
Światło może być spolaryzowane liniowo, kołowo lub eliptycznie w zależności od kierunku propagacji fali. Również światło spolaryzowane można uzyskać za pomocą procesów fizycznych, takich jak odbicie, załamanie, dyfrakcja i dwójłomność.
Liniowo spolaryzowane światło
Kiedy pole elektryczne fali świetlnej oscyluje stale, opisując linię prostą w płaszczyźnie prostopadłej do propagacji, mówi się, że światło jest spolaryzowane liniowo. W tym stanie polaryzacji fazy dwóch składników pola elektrycznego są takie same.
Jeżeli dwie liniowo spolaryzowane fale, które wibrują w płaszczyznach prostopadłych do siebie, nakładają się, otrzymuje się kolejną liniowo spolaryzowaną falę. Fala uzyskanego światła będzie w fazie z poprzednimi. Dwie fale są w fazie, gdy przedstawiają to samo przemieszczenie w tym samym czasie.
Okrągłe światło spolaryzowane
Fala świetlna, której wektor pola elektrycznego oscyluje w sposób kołowy w tej samej płaszczyźnie prostopadłej do propagacji, jest spolaryzowana kołowo. W tym stanie polaryzacji wielkość pola elektrycznego pozostaje stała. Orientacja pola elektrycznego jest zgodna lub przeciwna do ruchu wskazówek zegara.
Pole elektryczne światła spolaryzowanego opisuje trajektorie kołowe o stałej częstotliwości kątowej ω .
Dwie liniowo spolaryzowane fale świetlne, które zachodzą na siebie prostopadle, z różnicą faz 90 °, tworzą falę światła spolaryzowanego kołowo.
Światło spolaryzowane eliptycznie
W tym stanie polaryzacji pole elektryczne fali świetlnej opisuje elipsę w całej płaszczyźnie prostopadłej do propagacji i jest zorientowana w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara lub w kierunku przeciwnym.
Superpozycja dwóch fal świetlnych prostopadle do siebie, jedna o polaryzacji liniowej, a druga o polaryzacji kołowej i przesunięciu fazowym o 90 °, powoduje falę światła o polaryzacji eliptycznej. Fala spolaryzowanego światła jest podobna do przypadku polaryzacji kołowej, ale z wielkością zmieniającego się pola elektrycznego.
Światło spolaryzowane przez odbicie
Spolaryzowane światło przez odbicie zostało odkryte przez Malusa w 1808 roku. Malus zauważył, że kiedy wiązka niespolaryzowanego światła uderza w dobrze wypolerowaną i przezroczystą szklaną płytę, część światła ulega załamaniu podczas przechodzenia przez płytę, a druga część odbija się tworząc Kąt 90 ° między promieniem załamanym a promieniem odbitym.
Odbita wiązka światła jest spolaryzowana liniowo przez oscylację w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji, a jej stopień polaryzacji zależy od kąta padania.
Kąt padania, przy którym odbita wiązka światła jest całkowicie spolaryzowana, nazywany jest kątem Brewstera (θ B )
Światło spolaryzowane przez załamanie
Jeśli niespolaryzowana wiązka światła uderza w kąt Brewstera ( θB ) na stosie szklanych płyt, niektóre drgania prostopadłe do płaszczyzny padania odbijają się na każdej z płyt, a pozostałe drgania są załamywane.
W rezultacie wszystkie odbite wiązki są spolaryzowane w tej samej płaszczyźnie, a załamane wiązki są częściowo spolaryzowane.
Im większa liczba powierzchni, załamana wiązka straci coraz więcej drgań prostopadłych do płaszczyzny. Na koniec światło przekazywane będzie spolaryzowane liniowo w tej samej płaszczyźnie padania światła niespolaryzowanego.
Światło spolaryzowane przez dyspersję
Światło padające na małe cząstki zawieszone w ośrodku jest pochłaniane przez jego strukturę atomową. Pole elektryczne indukowane w atomach i cząsteczkach ma drgania równoległe do płaszczyzny drgań padającego światła.
Podobnie pole elektryczne jest prostopadłe do kierunku propagacji. Podczas tego procesu atomy emitują fotony światła, które odchylają się we wszystkich możliwych kierunkach.
Emitowane fotony stanowią zestaw fal światła rozproszonych przez cząstki. Część rozproszonego światła prostopadłego do padającej wiązki światła jest spolaryzowana liniowo. Druga część światła rozproszonego w kierunku równoległym nie jest spolaryzowana, reszta światła rozproszonego przez cząstki jest częściowo spolaryzowana.
Dyspersja cząstek o wielkości porównywalnej z długością fali padającego światła nazywana jest rozpraszaniem Rayleigha. Ten typ rozproszenia pozwala wyjaśnić niebieski kolor nieba lub czerwony kolor zachodu słońca.
Rozpraszanie Rayleigha ma zależność odwrotnie proporcjonalną do czwartej mocy długości fali (1 / λ 4).
Światło spolaryzowane przez dwójłomność
Dwójłomność jest charakterystyczną właściwością niektórych materiałów, takich jak kalcyt i kwarc, które mają dwa współczynniki załamania. Światło spolaryzowane za pomocą dwójłomności uzyskuje się, gdy promień światła uderza w materiał dwójłomny, rozdzielając się na promień odbity i dwa załamane promienie.
Z dwóch załamanych promieni odchyla się bardziej niż druga oscylująca prostopadle do płaszczyzny padania, podczas gdy druga oscyluje równolegle. Oba promienie wyłaniają się z materiału o liniowej polaryzacji do płaszczyzny padania.
