КАКВО Е ПОЛЯРИЗИРАНА СВЕТЛИНА? - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На поляризираната светлина е електромагнитно излъчване вибрираща в една равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение. Вибрацията в равнина означава, че векторът на електрическото поле на светлинната вълна се колебае успоредно на пространството от два правоъгълни компонента, какъвто е случаят с поляризацията на равнината xy.

Естествената или изкуствена светлина е вълнен влак от електромагнитно излъчване, чиито електрически полета се колебаят произволно във всички равнини, перпендикулярни на посоката на разпространение. Когато само една част от излъчването е ограничена до колебание в една равнина, се казва, че светлината е поляризирана.

Вертикално поляризирана светлинна вълна в равнина, като неполяризирани светлинни вълни, отразяващи се върху поляризационна решетка. От Боб Мелиш (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Един от начините за получаване на поляризирана светлина е чрез удряне на лъч светлина върху поляризиращ филтър, който се състои от полимерна структура, ориентирана в една посока, която позволява да преминават само вълни, които се колебаят в една и съща равнина, докато останалите вълни се абсорбират.,

Светлинният лъч, който преминава през филтъра, е с по-ниска интензивност от падащия лъч. Тази характеристика е начин за разграничаване между поляризирана светлина и неполяризирана светлина. Човешкото око няма способността да прави разлика между едното и другото.

Светлината може да бъде линейна, кръгова или елиптична, поляризирана в зависимост от посоката на разпространение на вълната. Също така, поляризирана светлина може да бъде получена чрез физически процеси като отражение, пречупване, дифракция и двулъчепрекъсване.

Линейна поляризирана светлина

Когато електрическото поле на светлинната вълна постоянно колебае, описвайки права линия в равнината, перпендикулярна на разпространението, се казва, че светлината е линейна поляризирана. В това състояние на поляризация фазите на двата компонента на електрическото поле са еднакви.

Ако две вълни, линейно поляризирани, които вибрират в равнини, перпендикулярни една на друга, се наслагват, се получава друга линейна поляризирана вълна. Получената светлинна вълна ще бъде във фаза с предишните. Две вълни са във фаза, когато представляват едно и също изместване за едно и също време.

Линейна, кръгова и елиптична поляризация. Чрез индуктивно натоварване. (Https://commons.wikimedia.org)

Кръгла поляризирана светлина

Светлинната вълна, чийто вектор на електрическо поле осцилира по кръгов начин в една и съща равнина, перпендикулярна на разпространението, е кръгово поляризирана. В това състояние на поляризация величината на електрическото поле остава постоянна. Ориентацията на електрическото поле е по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка.

Електрическото поле на поляризирана светлина описва кръгови пътеки с постоянна ъглова честота ω.

Две линейно поляризирани светлинни вълни, които се наслагват перпендикулярно една на друга, с фазова разлика от 90 °, образуват кръгово поляризирана светлинна вълна.

Елиптично поляризирана светлина

В това състояние на поляризация електрическото поле на светлинната вълна описва елипса в цялата равнина, перпендикулярна на разпространението и е ориентирана в посока на въртене или обратно на часовниковата стрелка.

Суперпозицията на две светлинни вълни, перпендикулярни една на друга, едната с линейна поляризация, а другата с кръгова поляризация и с фазово изместване от 90 °, води до светлинна вълна с елиптична поляризация. Поляризираната светлинна вълна е подобна на случая с кръговата поляризация, но с изменението на величината на електрическото поле.

Отражателна поляризирана светлина

Отразена поляризирана светлина е открита от Малус през 1808 г. Малус наблюдава, че когато лъч от неполяризирана светлина удари добре полирана и прозрачна стъклена плоча, част от светлината се пречупва, докато преминава през плочата, а другата част се отразява, образувайки ъгъл от 90 ° между пречупения лъч и отразения лъч.

Отразеният светлинен лъч е линейно поляризиран чрез колебание в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение, а степента му на поляризация зависи от ъгъла на падане.

Ъгълът на падане, под който отразеният светлинен лъч е напълно поляризиран, се нарича ъгъл на Брюстър (θ _B)

Рефракционна поляризирана светлина

Ако неполяризиран светлинен лъч се сблъска с ъгъл на Брюстър (θ _B) върху стека стъклени плочи, някои от вибрациите, перпендикулярни на равнината на падане, се отразяват от всяка от плочите, а останалите вибрации се пречупват.

Резултатът е, че всички отразени лъчи са поляризирани в една и съща равнина, докато пречупените лъчи са частично поляризирани.

Колкото по-голям е броят на повърхностите, пречупеният лъч ще загуби повече и повече трептения перпендикулярно на равнината. В крайна сметка предаваната светлина ще бъде линейна поляризирана в същата равнина на падане като неполяризираната светлина.

Разсейваща поляризирана светлина

Светлината, която пада върху малки частици, окачени в среда, се поглъща от атомната му структура. Електрическото поле, индуцирано в атомите и молекулите, има вибрации, успоредни на равнината на трептене на падащата светлина.

По същия начин електрическото поле е перпендикулярно на посоката на разпространение. По време на този процес атомите излъчват фотони светлина, които се отклоняват във всички възможни посоки.

Излъчените фотони представляват набор от вълни светлина, разпръснати от частиците. Частта от разпръсната светлина, перпендикулярна на падащия светлинен лъч, е линейно поляризирана. Другата част от светлината, разпръсната в паралелна посока, не е поляризирана, останалата част от светлината, разпръсната от частиците, е частично поляризирана.

Разсейването на частици с размер, съпоставим с дължината на вълната на падащата светлина, се нарича разсейване на Релей. Този тип разсейване дава възможност да се обясни синият цвят на небето или червеният цвят на залеза.

Релеевото разсейване има зависимост, обратно пропорционална на четвъртата сила на дължината на вълната (1 / λ ⁴).

Поляризирана светлина с двойно пречупване

Birefringence е характерно свойство на някои материали като калцит и кварц, които имат два показателя на пречупване. Двуофрингентната поляризирана светлина се получава, когато лъч светлина попадне върху двулъчепрекъсващ материал, разделящ се на отразен лъч и два пречупени лъча.

От двете пречупени лъчи едната се отклонява повече от другата, осцилира перпендикулярно на равнината на падане, докато другата осцилира паралелно. И двата лъча излизат от материала с линейна поляризация към равнината на падане.

Препратки

1. Голдщайн, D. поляризирана светлина. Ню Йорк: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA и White, H E. Основи на оптиката. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Салех, Bahaa E. A и Teich, M C. Основи на фотониката. Канада: John Wiley & Sons, 1991.
4. Гюнтер, R D. Съвременна оптика. Канада: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF и Huffman, D R. Поглъщане и разсейване на светлината от малки частици. Канада: Jhon Wiley & Sons, 1998.