ЧТО ТАКОЕ ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ? - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2024

Поляризованный свет является электромагнитным излучением вибрирующие в одной плоскости , перпендикулярной к направлению распространения. Вибрация в плоскости означает, что вектор электрического поля световой волны колеблется параллельно пространству двух прямоугольных компонент, как в случае плоскости поляризации xy.

Естественный или искусственный свет - это последовательность волн электромагнитного излучения, электрические поля которого случайным образом колеблются во всех плоскостях, перпендикулярных направлению распространения. Когда только часть излучения ограничивается колебаниями в одной плоскости, говорят, что свет поляризован.

Вертикально поляризованная световая волна в плоскости в виде неполяризованных световых волн падает на поляризационную решетку. Боб Мелиш (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Один из способов получить поляризованный свет - это направить луч света на поляризационный фильтр, который состоит из полимерной структуры, ориентированной в одном направлении, позволяющей проходить только волнам, которые колеблются в той же плоскости, в то время как остальные волны поглощаются. ,

Луч света, проходящий через фильтр, имеет меньшую интенсивность, чем падающий луч. Эта функция позволяет различать поляризованный свет и неполяризованный свет. Человеческий глаз не способен отличить одно от другого.

Свет может быть линейной, круговой или эллиптической поляризацией в зависимости от направления распространения волны. Кроме того, поляризованный свет можно получить с помощью физических процессов, таких как отражение, преломление, дифракция и двулучепреломление.

Линейно поляризованный свет

Когда электрическое поле световой волны постоянно колеблется, описывая прямую линию в плоскости, перпендикулярной распространению, свет называется линейно поляризованным. В этом состоянии поляризации фазы двух компонент электрического поля одинаковы.

Если две линейно поляризованные волны, колеблющиеся в плоскостях, перпендикулярных друг другу, накладываются друг на друга, получается другая линейно поляризованная волна. Полученная световая волна будет синфазна с предыдущими. Две волны находятся в фазе, когда они представляют одно и то же смещение в одно и то же время.

Линейная, круговая и эллиптическая поляризация. Индуктивной нагрузкой. (Https://commons.wikimedia.org)

Круговой поляризованный свет

Световая волна, вектор электрического поля которой колеблется по кругу в той же плоскости, перпендикулярной распространению, имеет круговую поляризацию. В этом состоянии поляризации величина электрического поля остается постоянной. Ориентация электрического поля по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Электрическое поле поляризованного света описывает круговые пути с постоянной угловой частотой ω.

Две линейно поляризованные световые волны, которые наложены перпендикулярно друг другу с разностью фаз 90 °, образуют световую волну с круговой поляризацией.

Эллиптически поляризованный свет

В этом состоянии поляризации электрическое поле световой волны описывает эллипс во всей плоскости, перпендикулярной распространению, и ориентировано по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Суперпозиция двух световых волн, перпендикулярных друг другу, одна с линейной поляризацией, а другая с круговой поляризацией, и с фазовым сдвигом 90 °, приводит к световой волне с эллиптической поляризацией. Поляризованная световая волна подобна случаю круговой поляризации, но с изменением величины электрического поля.

Отражение поляризованного света

Отражательно-поляризованный свет был открыт Малусом в 1808 году. Малус заметил, что когда луч неполяризованного света попадает на хорошо отполированную и прозрачную стеклянную пластину, часть света преломляется, когда проходит через пластину, а другая часть отражается, образуя угол 90 ° между преломленным лучом и отраженным лучом.

Отраженный световой луч линейно поляризован за счет колебаний в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, и его степень поляризации зависит от угла падения.

Угол падения, под которым отраженный световой луч полностью поляризуется, называется углом Брюстера (θ _B ).

Поляризованный свет преломления

Если неполяризованный пучок света падает под углом Брюстера (θ _B ) на стопку стеклянных пластин, некоторые из колебаний, перпендикулярных плоскости падения, отражаются от каждой из пластин, а остальные колебания преломляются.

В конечном итоге все отраженные лучи поляризованы в одной плоскости, а преломленные лучи поляризованы частично.

Чем больше поверхностей, тем больше преломленный луч будет терять все больше и больше колебаний, перпендикулярных плоскости. В конечном итоге проходящий свет будет линейно поляризован в той же плоскости падения, что и неполяризованный свет.

Рассеяние поляризованного света

Свет, падающий на мелкие частицы, взвешенные в среде, поглощается ее атомной структурой. Электрическое поле, индуцированное в атомах и молекулах, имеет колебания, параллельные плоскости колебаний падающего света.

Точно так же электрическое поле перпендикулярно направлению распространения. Во время этого процесса атомы испускают фотоны света, которые отклоняются во всех возможных направлениях.

Испускаемые фотоны представляют собой набор световых волн, рассеянных частицами. Часть рассеянного света, перпендикулярная падающему световому лучу, имеет линейную поляризацию. Другая часть света, рассеянного в параллельном направлении, не поляризована, остальной свет, рассеянный частицами, частично поляризован.

Рассеяние частиц размером, сопоставимым с длиной волны падающего света, называется рэлеевским рассеянием. Этот тип рассеяния позволяет объяснить синий цвет неба или красный цвет заката.

Рэлеевское рассеяние имеет зависимость, обратно пропорциональную четвертой степени длины волны (1 / λ ⁴ ).

Поляризованный свет с двойным лучепреломлением

Двулучепреломление - характерное свойство некоторых материалов, таких как кальцит и кварц, которые имеют два показателя преломления. Двулучепреломляющий поляризованный свет получается, когда луч света падает на двулучепреломляющий материал, разделяясь на отраженный луч и два преломленных луча.

Из двух преломленных лучей один отклоняется больше, чем другой, колеблется перпендикулярно плоскости падения, а другой колеблется параллельно. Оба луча выходят из материала с линейной поляризацией в плоскости падения.

Ссылки

1. Гольдштейн, Д. Поляризованный свет. Нью-Йорк: Марсель Деккер, инк., 2003.
2. Дженкинс, Ф.А. и Уайт, Х. Э. Основы оптики. Нью-Йорк: Высшее образование Макгроу Хилла, 2001.
3. Салех, Бахаа Э. А. и Тейч, М. К. Основы фотоники. Канада: Джон Вили и сыновья, 1991.
4. Гюнтер, Р. Д. Современная оптика. Канада: Джон Вили и сыновья, 1990.
5. Борен, К.Ф. и Хаффман, Д. Р. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. Канада: Jhon Wiley & Sons, 1998.