MIKÄ ON POLARISOITU VALO? - FYYSINEN - 2026

Polarisoitu valo on sähkömagneettisen säteilyn värähtelee yhdessä tasossa kohtisuoraan etenemissuuntaan nähden. Värinä tasossa tarkoittaa, että valoaallon sähkökenttävektori värähtelee yhdensuuntaisesti kahden suorakulmaisen komponentin tilan kanssa, kuten on polaroitumisen xy-tason tapauksessa.

Luonnollinen tai keinotekoinen valo on sähkömagneettisen säteilyn aaltojuna, jonka sähkökentät värähtelevät satunnaisesti kaikissa leviämissuuntaa vastaan ​​kohtisuorassa tasossa. Kun vain osa säteilystä on rajoitettu värähtelemään yhdessä tasossa, valon sanotaan olevan polarisoitunut.

Pystysuoraan polarisoitunut valoaalto tasossa, kun polarisoimattomat valoaallot vaikuttavat polarisaatioreittiin. Tekijä Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Yksi tapa saada polarisoitua valoa on iskemällä valonsäde polarisoivalle suodattimelle, joka koostuu polymeerirakenteesta, joka on suunnattu yhteen suuntaan, jolloin vain samassa tasossa värähtelevät aallot pääsevät läpi, kun taas muut aallot absorboituvat..

Suodattimen läpi kulkevalla valonsäteellä on alhaisempi voimakkuus kuin tulevalla säteellä. Tämä ominaisuus on tapa erottaa polarisoitunut valo ja polarisoimaton valo. Ihmisen silmällä ei ole kykyä erottaa toisistaan.

Valo voi olla lineaarinen, pyöreä tai elliptinen polarisoitunut riippuen aallon etenemissuunnasta. Polarisoitua valoa voidaan saada myös fysikaalisilla prosesseilla, kuten heijastus, taite, diffraktio ja kahtaistaistuminen.

Lineaarisesti polarisoitu valo

Kun valoaallon sähkökenttä värähtelee jatkuvasti kuvaten suoraa linjaa etenemiselle kohtisuorassa tasossa, valon sanotaan olevan polaroitunut lineaarisesti. Tässä polarisaatiotilassa sähkökentän kahden komponentin vaiheet ovat samat.

Jos kaksi lineaarisesti polaroitua aaltoa, jotka värisevät toisiinsa nähden kohtisuorassa tasossa, ovat päällekkäin, saadaan toinen lineaarisesti polaroitu aalto. Saatu valoaalto on vaiheessa edellisten kanssa. Kaksi aaltoa ovat vaiheessa, kun ne esittävät saman siirtymisen samanaikaisesti.

Lineaarinen, pyöreä ja elliptinen polarisaatio. Induktiivisen latauksen kautta. (Https://commons.wikimedia.org)

Pyöreä polarisoitu valo

Valoaalto, jonka sähkökenttävektori värähtelee pyöreällä tavalla samalla tasolla, joka on kohtisuorassa etenemiseen nähden, on ympyrän polaroitu. Tässä polarisaatiotilassa sähkökentän suuruus pysyy vakiona. Sähkökentän suunta on myötäpäivään tai vastapäivään.

Polarisoidun valon sähkökenttä kuvaa pyöreitä polkuja vakiokulmataajuudella ω.

Kaksi lineaarisesti polarisoitunutta valoaaltoa, jotka on asetettu toisiinsa nähden kohtisuorassa, vaihe-eron ollessa 90 °, muodostavat ympyrän polaroidun valoaallon.

Elliptisesti polarisoitu valo

Tässä polarisaatiotilassa valoaallon sähkökenttä kuvaa ellipsiä koko tasossa, joka on kohtisuorassa etenemiseen ja on suunnattu myötäpäivään tai vastapäivään pyörimissuuntaan.

Kahden toisiinsa nähden kohtisuoran valoaallon superpositio, toisen lineaarisella polarisaatiolla ja toisen ympyräpolaroinnilla, ja vaihesiirto 90 °, johtaa valoaltaan, jolla on elliptinen polarisaatio. Polarisoitu valoaalto on samanlainen kuin pyöreä polarisaatio, mutta sähkökentän voimakkuuden ollessa vaihteleva.

Heijastus polarisoitunut valo

Malus havaitsi heijastuspolarisoidun valon vuonna 1808. Malus havaitsi, että kun polarisoimattoman valonsäteen isku on hyvin kiillotettu, läpinäkyvä lasilevy, osa valosta taittuu, kun se kulkee levyn läpi ja toinen osa heijastuu muodostaen 90 ° kulma taitetyn säteen ja heijastetun säteen välillä.

Heijastunut valonsäde polarisoituu lineaarisesti, kun heilahtelee tasossa, joka on kohtisuorassa etenemissuuntaan nähden, ja sen polarisaatioaste riippuu tulokulmasta.

Tulokulmaa, jolla heijastunut valonsäde on täysin polarisoitunut, kutsutaan Brewster-kulmaksi (θ _B)

Polarisoitunut valo

Jos polarisoitumaton valonsäde tapahtuu Brewster-kulman (θ _B) kanssa lasilevypinossa, osa värähtelytasoon nähden kohtisuorasta värähtelystä heijastuu jokaisesta levystä ja loput värähtelyt taitetaan.

Lopputulos on, että kaikki heijastuneet palkit ovat polarisoituneet samassa tasossa, kun taas taiteelliset palkit ovat polaroituneet osittain.

Mitä suurempi pintojen lukumäärä, taiteellinen säde menettää enemmän ja enemmän värähtelyjä kohtisuorassa tasoon nähden. Viime kädessä läpäisevä valo polarisoituu lineaarisesti samassa kohtaavassa tasossa kuin polarisoimaton valo.

Polarisoidun valon sironta

Väliaineeseen suspendoituneiden pienten hiukkasten päälle putoava valo absorboi sen atomirakenteen. Atomeissa ja molekyyleissä indusoidulla sähkökentällä on värähtelyt tulevan valon värähtelytason kanssa.

Samoin sähkökenttä on kohtisuora etenemissuuntaan nähden. Tämän prosessin aikana atomit lähettävät valon fotoneja, jotka taipuvat kaikkiin mahdollisiin suuntiin.

Emittoidut fotonit muodostavat hiukkasten hajottaman valon aaltojen ryhmän. Siirtyneen valon osa, joka on kohtisuoraan tulevaan valonsäteeseen nähden, on lineaarisesti polarisoitunut. Rinnakkaissuunnassa sironnut valon toinen osa ei ole polarisoitunut, hiukkasten hajottama loppuosa on osittain polarisoitunutta.

Hiukkasten sirontaa, joiden koko on verrattavissa tulevan valon aallonpituuteen, kutsutaan Rayleigh-sironnuksi. Tämän tyyppinen sironta antaa mahdollisuuden selittää taivaan sinisen värin tai auringonlaskun punaisen värin.

Rayleigh-sironnalla on riippuvuus käänteisesti verrannollinen aallonpituuden neljään tehoon (1 / λ ⁴).

Kaksoisherkkyys polarisoitu valo

Kahtaikaistuminen on tyypillinen ominaisuus joillekin materiaaleille, kuten kalsiitille ja kvartsille, joilla on kaksi taitekerrointa. Kahta heijastavaa polarisoitunutta valoa saadaan, kun valonsäde putoaa kahtaistaittuvalle materiaalille, jakautuen heijastuneeksi sädeksi ja kahdeksi taitekerroksi.

Kaikista taitetuista säteistä toinen poikkeaa enemmän kuin toinen, värähtelemällä kohtisuorassa tulotasoon nähden, kun taas toinen värähtelee yhdensuuntaisesti. Molemmat säteet tulevat materiaalista lineaarisella polarisaatiolla tulotasoon.

Viitteet

1. Goldstein, D. Polarisoitu valo. New York: Marcel Dekker, inc., 2003.
2. Jenkins, FA ja White, H E. Optiikan perusteet. NY: McGraw Hill -yliopisto, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A ja Teich, M C. Fotoniikan perusteet. Kanada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. Nykyaikainen optiikka. Kanada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF ja Huffman, D R. Pienten hiukkasten valon absorptio ja sironta. Kanada: Jhon Wiley & Sons, 1998.