HVAD ER POLARISERET LYS? - FYSISK - 2025

Det polariserede lys er elektromagnetisk stråling, der vibrerer i et plan vinkelret på forplantningsretningen. Vibrationen i et plan betyder, at lysbølgens elektriske feltvektor svinger parallelt med et rum med to rektangulære komponenter, som det er tilfældet med xy-polarisationsplanet.

Naturligt eller kunstigt lys er et bølgetog af elektromagnetisk stråling, hvis elektriske felter svinger tilfældigt i alle plan vinkelret på forplantningsretningen. Når kun en del af strålingen er begrænset til at svinge i et enkelt plan, siges lyset at være polariseret.

Lodret polariseret lysbølge i et plan, da ikke-polariserede lysbølger påvirker et polarisationsgitter. Af Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

En måde at opnå polariseret lys er ved at slå en lysstråle på et polariseringsfilter, der består af en polymerstruktur orienteret i en enkelt retning, hvilket kun tillader bølger, der svinger i det samme plan at passere, mens resten af ​​bølgerne absorberes..

Lysstrålen, der passerer gennem filteret, har en lavere intensitet end den indfaldende stråle. Denne funktion er en måde at skelne mellem polariseret lys og ikke-polariseret lys. Det menneskelige øje har ikke evnen til at skelne mellem det ene og det andet.

Lys kan være lineært, cirkulært eller elliptisk polariseret afhængigt af bølgeforplantningens retning. Polariseret lys kan også opnås ved fysiske processer, såsom reflektion, brydning, diffraktion og birefringence.

Lineært polariseret lys

Når lysbølgens elektriske felt oscillerer konstant og beskriver en lige linje i planet vinkelret på forplantningen, siges lyset at være lineært polariseret. I denne polariseringstilstand er faserne af de to komponenter i det elektriske felt de samme.

Hvis to bølger, lineært polariseret, der vibrerer i plan vinkelret på hinanden, overlejres, opnås en anden lineær polariseret bølge. Den opnåede lysbølge er i fase med de foregående. To bølger er i fase, når de udviser den samme forskydning på samme tid.

Lineær, cirkulær og elliptisk polarisering. Af Inductiveload. (Https://commons.wikimedia.org)

Cirkulært polariseret lys

Lysbølgen, hvis elektriske feltvektor svinger på en cirkulær måde i det samme plan vinkelret på udbredelsen, er cirkulært polariseret. I denne polarisationstilstand forbliver størrelsen af ​​det elektriske felt konstant. Retningen af ​​det elektriske felt er med uret eller mod uret.

Det elektriske felt af polariseret lys beskriver cirkulære stier med en konstant vinkelfrekvens ω.

To lineært polariserede lysbølger, der er overlejret vinkelret på hinanden med en faseforskel på 90 °, danner en cirkulært polariseret lysbølge.

Elliptisk polariseret lys

I denne polarisationstilstand beskriver lysbølgens elektriske felt en ellipse i hele planet vinkelret på udbredelsen og er orienteret i en drejningsretning med uret eller mod uret.

Superpositionen af ​​to lysbølger vinkelret på hinanden, den ene med lineær polarisering og den anden med cirkulær polarisering og med et faseskift på 90 ° resulterer i en lysbølge med elliptisk polarisering. Den polariserede lysbølge ligner tilfældet med cirkulær polarisering, men med størrelsen af ​​det elektriske felt varierende.

Reflektionspolariseret lys

Reflektionspolariseret lys blev opdaget af Malus i 1808. Malus observerede, at når en stråle af ikke-polariseret lys rammer en godt poleret, gennemsigtig glasplade, brydes en del af lyset, når den passerer gennem pladen, og den anden del reflekteres og dannes en vinkel på 90 ° mellem den brydede stråle og den reflekterede stråle.

Den reflekterede lysstråle polariseres lineært ved at svinge i et plan vinkelret på forplantningsretningen, og dets polarisationsgrad afhænger af incidensvinklen.

Indfallsvinklen, hvormed den reflekterede lysstråle er fuldstændigt polariseret, kaldes Brewster-vinklen (θ _B)

Refraktion polariseret lys

Hvis en upolariseret lysstråle indfaldes med en Brewster-vinkel (θ _B) på en stak glasplader, reflekteres nogle af vibrationer vinkelret på forekomstplanet fra hver af pladerne, og resten af ​​vibrationer brydes.

Nettoresultatet er, at alle de reflekterede bjælker er polariserede i det samme plan, medens de brydede bjælker delvist er polariserede.

Jo større antal overflader, den mistede stråle mister flere og flere svingninger vinkelret på planet. I sidste ende vil det transmitterede lys være lineært polariseret i samme forekomstplan som det ikke-polariserede lys.

Spredt polariseret lys

Lyset, der falder på små partikler ophængt i et medium, absorberes af dets atomstruktur. Det elektriske felt induceret i atomer og molekyler har vibrationer parallelt med svingningsplanet for det indfaldende lys.

Ligeledes er det elektriske felt vinkelret på forplantningsretningen. Under denne proces udsender atomerne fotoner af lys, som afbøjes i alle mulige retninger.

De udsendte fotoner udgør et sæt bølger af lys spredt af partiklerne. Delen af ​​det spredte lys vinkelret på den indfaldende lysstråle er lineært polariseret. Den anden del af lys, der er spredt i parallel retning, er ikke polariseret, resten af ​​lyset spredt af partiklerne er delvist polariseret.

Spredning af partikler med en størrelse, der kan sammenlignes med bølgelængden af ​​det indfaldende lys kaldes Rayleigh-spredning. Denne type spredning gør det muligt at forklare den blå farve på himlen eller den røde farve på solnedgangen.

Rayleigh-spredning har en afhængighed, der er omvendt proportional med den fjerde styrke i bølgelængden (1 / λ ⁴).

Polariseret lys med birefringence

Birefringence er en karakteristisk egenskab ved nogle materialer såsom kalsit og kvarts, der har to brydningsindekser. Birefringent polariseret lys opnås, når en lysstråle falder på et birefringent materiale, der adskilles i en reflekteret stråle og to brydede stråler.

Af de to brydede stråler afviger den ene mere end den anden svingende vinkelret på forekomstplanet, mens den anden svinger parallelt. Begge stråler kommer ud af materialet med lineær polarisering til forekomstplanet.

Referencer

1. Goldstein, D. Polariseret lys. New York: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA og White, H E. Fundamentals of Optics. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A og Teich, M C. Fundamentals of photonics. Canada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. Moderne optik. Canada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF og Huffman, D R. Absorption og spredning af lys med små partikler. Canada: Jhon Wiley & Sons, 1998.