CO JE POLARIZOVANÉ SVĚTLO? - FYZICKÝ - 2025

Polarizované světlo je elektromagnetické záření vibruje v jedné rovině kolmé ke směru šíření. Vibrace v rovině znamená, že vektor elektrického pole světelné vlny kmitá rovnoběžně s prostorem dvou pravoúhlých složek, jako je tomu v případě roviny xy polarizace.

Přirozené nebo umělé světlo je vlnová soustava elektromagnetického záření, jehož elektrická pole oscilují náhodně ve všech rovinách kolmých na směr šíření. Když je pouze část záření omezena na kmitání v jedné rovině, je světlo považováno za polarizované.

Vertikálně polarizovaná světelná vlna v rovině, protože nepolární světelné vlny dopadají na polarizační mřížku. Autor: Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Jedním způsobem, jak získat polarizované světlo, je zasažení paprsku světla na polarizačním filtru, který se skládá z polymerní struktury orientované v jednom směru, což umožňuje procházet pouze vlnami, které oscilují ve stejné rovině, zatímco ostatní vlny jsou absorbovány..

Paprsek světla, který prochází filtrem, má nižší intenzitu než dopadající paprsek. Tato vlastnost je způsob, jak rozlišovat mezi polarizovaným světlem a nepolárovaným světlem. Lidské oko nemá schopnost rozlišovat mezi jedním a druhým.

Světlo může být polarizované, kruhové nebo eliptické polarizované v závislosti na směru šíření vlny. Rovněž lze polarizované světlo získat fyzickými procesy, jako je odraz, lom, difrakce a dvojlom.

Lineárně polarizované světlo

Když elektrické pole světelné vlny neustále kmitá, popisující přímku v rovině kolmé k šíření, říká se, že světlo je lineárně polarizované. V tomto stavu polarizace jsou fáze obou složek elektrického pole stejné.

Pokud jsou překryty dvě vlny, lineárně polarizované, které vibrují v rovinách kolmých na sebe, získá se další lineárně polarizovaná vlna. Získaná světelná vlna bude ve fázi s předchozími. Dvě vlny jsou ve fázi, když vykazují stejné posunutí ve stejnou dobu.

Lineární, kruhová a eliptická polarizace. Induktivní zátěží. (https://commons.wikimedia.org)

Kruhové polarizované světlo

Světelná vlna, jejíž vektor elektrického pole osciluje kruhovým způsobem ve stejné rovině kolmé k šíření, je kruhově polarizovaná. V tomto stavu polarizace zůstává velikost elektrického pole konstantní. Orientace elektrického pole je ve směru nebo proti směru hodinových ručiček.

Elektrické pole polarizovaného světla popisuje kruhové dráhy s konstantní úhlovou frekvencí ω.

Dvě lineárně polarizované světelné vlny, které jsou na sebe vzájemně kolmé, s fázovým rozdílem 90 °, tvoří kruhově polarizovanou světelnou vlnu.

Elipticky polarizované světlo

V tomto stavu polarizace popisuje elektrické pole světelné vlny elipsu v celé rovině kolmé k šíření a je orientováno ve směru otáčení ve směru nebo proti směru hodinových ručiček.

Superpozice dvou kolmých k sobě navzájem kolmých, jedna s lineární polarizací a druhá s kruhovou polarizací, as fázovým posunem 90 °, má za následek světelnou vlnu s eliptickou polarizací. Polarizovaná světelná vlna je podobná kruhové polarizaci, ale s velikostí elektrického pole se mění.

Reflexní polarizované světlo

Malus v roce 1808 objevil odrazem polarizované světlo. Malus poznamenal, že když paprsek nepolárního světla zasáhne dobře leštěnou, průhlednou skleněnou desku, část světla se při průchodu deskou lomí a druhá část se odrazí, čímž se vytvoří úhel 90 ° mezi lomem a odraženým paprskem.

Odražený paprsek světla je lineárně polarizován oscilací v rovině kolmé ke směru šíření a jeho stupeň polarizace závisí na úhlu dopadu.

Úhel dopadu, kterým je paprsek odraženého světla plně polarizován, se nazývá Brewsterův úhel (9 _B)

Refrakční polarizované světlo

Pokud dopadá nepollarizovaný paprsek světla s Brewsterovým úhlem (9 _B) na hromadu skleněných desek, některé z vibrací kolmých na rovinu dopadu se odrážejí od každé z desek a zbytek vibrací se lomuje.

Výsledkem je, že všechny odrazené paprsky jsou polarizovány ve stejné rovině, zatímco lomené paprsky jsou částečně polarizovány.

Čím větší je počet povrchů, lomený paprsek ztratí stále více kmitů kolmo k rovině. Nakonec bude procházející světlo lineárně polarizováno ve stejné rovině dopadu jako nepollarizované světlo.

Rozptyl polarizovaného světla

Světlo dopadající na malé částice suspendované v médiu je absorbováno atomovou strukturou. Elektrické pole indukované v atomech a molekulách má vibrace rovnoběžné s rovinou oscilace dopadajícího světla.

Podobně je elektrické pole kolmé na směr šíření. Během tohoto procesu atomy emitují fotony světla, které jsou vychýleny ve všech možných směrech.

Vyzařované fotony tvoří sadu vln světla rozptýlených částicemi. Část rozptýleného světla kolmá k dopadajícímu světelnému paprsku je lineárně polarizovaná. Druhá část světla rozptýlená v paralelním směru není polarizovaná, zbytek světla rozptýlený částicemi je částečně polarizován.

Rozptyl částic s velikostí srovnatelnou s vlnovou délkou dopadajícího světla se nazývá Rayleighův rozptyl. Tento typ rozptylu umožňuje vysvětlit modrou barvu oblohy nebo červenou barvu západu slunce.

Rayleighův rozptyl má závislost nepřímo úměrná čtvrtému výkonu vlnové délky (1 / λ ⁴).

Polarizované světlo dvojlomu

Dvojlom je charakteristická vlastnost některých materiálů, jako je kalcit a křemen, které mají dva indexy lomu. Dvojlomné polarizované světlo se získá, když paprsek světla dopadne na dvojlomný materiál, který se rozdělí na odražený paprsek a dva lomené paprsky.

Z obou lomených paprsků se jeden odchýlí více než druhý, osciluje kolmo k rovině dopadu, zatímco druhý osciluje rovnoběžně. Oba paprsky vycházejí z materiálu s lineární polarizací do roviny dopadu.

Reference

1. Goldstein, D. Polarized Light. New York: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA a White, H. E. Základy optiky. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A a Teich, M. C. Základy fotoniky. Kanada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R. D. Modern Optics. Kanada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF a Huffman, D R. Absorpce a rozptyl světla malými částicemi. Kanada: Jhon Wiley & Sons, 1998.