VAD ÄR POLARISERAT LJUS? - FYSISK - 2025

Det polariserade ljuset är elektromagnetisk strålning som vibrerar i ett plan vinkelrätt mot utbredningsriktningen. Vibrationen i ett plan innebär att ljusvågens elektriska fältvektor oscillerar parallellt med ett utrymme av två rektangulära komponenter, liksom fallet med xy-polarisationsplanet.

Naturligt eller artificiellt ljus är ett vågtåg av elektromagnetisk strålning vars elektriska fält oscillerar slumpmässigt i alla plan vinkelrätt mot utbredningsriktningen. När endast en del av strålningen är begränsad till att svänga i ett enda plan sägs ljuset vara polariserat.

Vertikalt polariserade ljusvågor i ett plan som icke-polariserade ljusvågor påverkar ett polarisationsgitter. Av Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Ett sätt att erhålla polariserat ljus är genom att slå en ljusstråle på ett polariseringsfilter, som består av en polymerstruktur orienterad i en enda riktning, vilket bara tillåter vågor som svänger i samma plan att passera medan resten av vågorna absorberas. .

Ljusstrålen som passerar genom filtret har en lägre intensitet än den infallande strålen. Denna funktion är ett sätt att skilja mellan polariserat ljus och icke-polariserat ljus. Det mänskliga ögat har inte förmågan att skilja mellan det ena och det andra.

Ljus kan vara linjär, cirkulär eller elliptisk polariserad beroende på riktningen för vågutbredningen. Polariserat ljus kan också erhållas genom fysiska processer såsom reflektion, brytning, diffraktion och dubbelbrytning.

Linjärt polariserat ljus

När ljusvågens elektriska fält oscillerar konstant och beskriver en rak linje i planet vinkelrätt mot utbredningen, sägs ljuset vara linjärt polariserat. I detta polarisationsläge är faserna för de två komponenterna i det elektriska fältet desamma.

Om två vågor, linjärt polariserade, som vibrerar i plan vinkelrätt mot varandra, överlagras, erhålls en annan linjärt polariserad våg. Den erhållna ljusvågen kommer att vara i fas med de tidigare. Två vågor är i fas när de uppvisar samma förskjutning på samma gång.

Linjär, cirkulär och elliptisk polarisation. Av Inductiveload. (Https://commons.wikimedia.org)

Cirkulärt polariserat ljus

Ljusvågen vars elektriska fältvektor oscillerar på ett cirkulärt sätt i samma plan vinkelrätt mot utbredningen, är cirkulärt polariserad. I detta polarisationstillstånd förblir det elektriska fältets storlek konstant. Det elektriska fältets orientering är medurs eller moturs.

Det elektriska fältet för polariserat ljus beskriver cirkulära banor med en konstant vinkelfrekvens ω.

Två linjärt polariserade ljusvågor som är överlagrade vinkelrätt mot varandra, med en fasskillnad på 90 °, bildar en cirkulärt polariserad ljusvåg.

Elliptiskt polariserat ljus

I detta polarisationsläge beskriver det elektriska fältet för ljusvågen en ellips i hela planet vinkelrätt mot utbredningen och är orienterat i en medurs eller moturs rotationsriktning.

Superpositionen av två ljusvågor vinkelrätt mot varandra, en med linjär polarisering och den andra med cirkulär polarisering, och med en fasförskjutning på 90 °, resulterar i en ljusvåg med elliptisk polarisering. Den polariserade ljusvågen liknar fallet med cirkulär polarisering men med storleken på det elektriska fältet varierande.

Reflektionspolariserat ljus

Reflektionspolariserat ljus upptäcktes av Malus 1808. Malus observerade att när en stråle av icke-polariserat ljus träffar en välpolerad och transparent glasplatta bryts en del av ljuset när den passerar genom plattan och den andra delen reflekteras och bildar en vinkel på 90 ° mellan den brytade strålen och den reflekterade strålen.

Den reflekterade ljusstrålen är linjärt polariserad vid svängning i ett plan vinkelrätt mot utbredningsriktningen och dess polarisationsgrad beror på infallsvinkeln.

Insidensvinkeln med vilken den reflekterade ljusstrålen är helt polariserad kallas Brewster-vinkeln (θ _B )

Refraktionspolariserat ljus

Om en opolariserad ljusstråle inträffar med en Brewster-vinkel (θ _B ) på en bunt av glasplattor, reflekteras en del av vibrationerna vinkelrätt mot incidensplanet från var och en av plattorna och resten av vibrationerna bryts bort.

Nettoresultatet är att alla de reflekterade balkarna är polariserade i samma plan medan de brytade balkarna är delvis polariserade.

Ju större antalet ytor kommer den brytade strålen att förlora mer och mer svängningar vinkelrätt mot planet. I slutändan kommer det överförda ljuset att vara linjärt polariserat i samma incidensplan som det icke-polariserade ljuset.

Spridande polariserat ljus

Ljuset som faller på små partiklar upphängda i ett medium absorberas av dess atomstruktur. Det elektriska fältet som induceras i atomerna och molekylerna har vibrationer parallellt med det infallande ljusets svängningsplan.

På samma sätt är det elektriska fältet vinkelrätt mot utbredningsriktningen. Under denna process avger atomerna fotoner av ljus som avleds i alla möjliga riktningar.

De utsända fotonerna utgör en uppsättning ljusvågor spridda av partiklarna. Delen av det spridda ljuset vinkelrätt mot den infallande ljusstrålen är linjärt polariserad. Den andra delen av ljus som är spridd i parallell riktning är inte polariserad, resten av ljuset som sprids av partiklarna är delvis polariserat.

Spridningen av partiklar med en storlek som är jämförbar med våglängden för det infallande ljuset kallas Rayleigh-spridning. Denna typ av spridning gör det möjligt att förklara den blå färgen på himlen eller den röda färgen på solnedgången.

Rayleigh-spridning har ett beroende omvänt proportionellt mot den fjärde kraften i våglängden (1 / λ ⁴ ).

Polariserat ljus med dubbelbrytning

Birefringence är en karakteristisk egenskap hos vissa material som kalcit och kvarts som har två brytningsindex. Birfringent polariserat ljus erhålls när en ljusstråle faller på ett dubbelbrytande material, som separerar i en reflekterad stråle och två brytade strålar.

Av de båda brytade strålarna avviker den ena mer än den andra, svängande vinkelrätt mot incidensplanet, medan den andra svänger parallellt. Båda strålarna kommer ut från materialet med linjär polarisering till incidensplanet.

referenser

1. Goldstein, D. Polariserat ljus. New York: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA och White, H E. Fundamentals of Optics. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A och Teich, M C. Fundamentals of photonics. Kanada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. Modern optik. Kanada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF och Huffman, D R. Absorption och spridning av ljus med små partiklar. Kanada: Jhon Wiley & Sons, 1998.