Polarisert og naturlig lys. polarisert lys i motsetning til naturlig

Bølgene er av to typer. Den langsgående vibrasjonsmessig forstyrrelse parallelt til sin forplantningsretning. Et eksempel er den passasje av lyd i luft. Transversale bølger består av forstyrrelser som står i en vinkel på 90 ° til bevegelsesretningen. For eksempel, den bølge som passerer horisontalt gjennom vannmassen danner vertikale vibrasjoner på overflaten.

Oppdagelsen av

En rekke mystiske optiske effekter observert i midten av XVII århundre, har blitt forklart, når det polariserte og naturlig lys begynte å anse som en bølge fenomen og retningen av vibrasjonene ble oppdaget. Den første såkalte polarisering effekten ble oppdaget av den danske legen Erasmus Bartholin i 1669. Vitenskapelig observert dobbeltbrytning eller dobbeltbrytning i Island Spar eller kalsium (krystallform av kalsiumkarbonat). Når lyset passerer gjennom et kalsitt-krystall deler den, som produserer to bilder er forskjøvet i forhold til hverandre.

Newton kjenner om dette fenomenet og antyder at kanskje lette mene har asymmetri eller "ensidig", som kan være årsaken til dannelsen av to bilder. Huygens, en samtidig av Newton var i stand til å forklare sin teori om dobbeltbrytning av elementære bølger, men han gjorde ikke forstå den sanne betydningen av effekten. Dobbeltbrytning forble et mysterium inntil Thomas Young og den franske fysikeren Augustin-Zhan Frenel ikke er foreslått at lysbølger er tverr. En enkel idé har lov til å forklare hva polarisert og naturlig lys. Dette ga en naturlig og ukomplisert rammeverk for å analysere polariseringseffekter.

Dobbeltbrytningen er forårsaket av en kombinasjon av to ortogonale polarisasjoner, som hver har sin bølgehastighet. På grunn av forskjellen i hastighet mellom de to komponenter har forskjellige brytningsindekser, og derfor er de ulikt avbøyd gjennom materialet, som produserer to bilder.

Polarisert og naturlig lys: Maxwell teori

Fresnel raskt utviklet en omfattende modell av transversale bølger, noe som førte til dobbeltbrytningen og en rekke andre optiske effekter. Førti år senere, den elektromagnetiske Maxwells teori elegant forklarer tverr natur lys.

Elektromagnetiske bølger Maxwell sammensatt av magnetiske og elektriske felt vinkelrett på retningen for oscillerende bevegelse. Feltene er i en vinkel på 90 ° i forhold til hverandre. I dette tilfelle forplantningsretningen av de magnetiske og elektriske feltene danner et høyrehånds koordinatsystem. For en bølge med frekvens f og lengden λ (de forholder avhengighet λf = C), som beveger seg i den positive x-retningen, feltene er beskrevet matematisk:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ - 2 rc ft) y ^;
• B (x, t) = B cos ₀ (2 π x / λ - 2 π ft) z ^.

Ligningene viser at de elektriske og magnetiske feltene er i fase med hverandre. Til enhver tid er de samtidig når sine maksimalverdier i en plass som tilsvarer E ₀ og B _0. Disse amplituder er ikke uavhengige. Maxwells ligninger viser at E ₀ = CB ₀ for alle elektromagnetiske bølger i vakuum.

polarisasjonsretningen

I beskrivelsen av orienteringen av de magnetiske og elektriske feltene til lysbølger er typisk bare indikerer retningen på det elektriske feltet. Den magnetiske feltvektor bestemmes av kravet om dets vertikale felter og deres perpendikulært på bevegelsesretningen. Naturlig og lineært polariserte lyset er kjennetegnet ved at det i det siste feltet oscillerer i faste retninger som bevegelsen av bølgen.

Det er andre mulige polarisasjonstilstander. I tilfelle av sirkulære vektorer av de magnetiske og elektriske feltene er rotert i forhold til forplantningsretningen med konstant amplitude. Elliptisk polarisert lys er i en mellomstilling mellom den lineære og sirkulære polarisasjoner.

upolarisert lys

Atomer på overflaten av et oppvarmet filament, som genererer elektromagnetisk stråling, er, uavhengig av hverandre. Hver stråling kan bli tilnærmet modelleres som tog av kort varighet fra 10 til 10 ^{-9 -8} sekunder. Elektromagnetiske bølger fra filamentet, er en overlagring av disse togene, som hver har sin egen polarisasjonsretning. Mengden orientert tilfeldig tog danner bølge polarisasjonsvektor som varierer raskt og ujevnt. En slik bølge blir kalt upolarisert. Alle naturlige lyskilder, inkludert solen, glødelamper, lysrør og flammer, produserer slik stråling. Imidlertid er naturlig lys ofte delvis polarisert på grunn av multippel spredning og refleksjon.

Dermed er forskjellen fra naturlig polarisert lys består i det faktum at i de første svingninger i et plan.

Kilder til polarisert stråling

Polarisert lys kan frembringes når den romlige orientering bestemmes. Et eksempel er synkrotronstråling, der høy-energi-ladede partikler beveger seg i et magnetisk felt og sende ut polarisert elektromagnetisk bølge. Det er mange kjente astronomiske kilder som avgir naturlig polarisert lys. Disse inkluderer stjernetåker, supernovarester, og aktiv galaksekjerne. kosmisk stråling polarisering er undersøkt for å bestemme egenskapene til dens kilder.

polaroid filter

Polarisert og naturlig lys er atskilt ved å passere gjennom en rekke materialer, er den vanligste av disse er polaroid, skapt av den amerikanske fysikeren Edwin Land. Filteret består av lange kjeder av hydrokarbonmolekyler orientert i en retning ved varmebehandlingsprosessen. Molekyl til selektivt å absorbere stråling, er det elektriske feltet parallelt med deres orientering. Lyset som forlater polarisatoren er lineært polarisert. Dens elektriske feltet vinkelrett på retningen av molekylær orientering. Polaroid har funnet programmet på mange felt, blant annet solbriller og filtre som reduserer effekten av reflektert og spredt lys.

Naturlig og polarisert lys: loven av Malus

I 1808, fysiker Etienne Louis Malus funnet at lys som reflekteres fra ikke-metalliske overflater, delvis polarisert. Graden av denne virkning avhenger av innfallsvinkelen og brytningsindeksen av det reflekterende materialet. I en av de ekstreme tilfeller når tangens til innfallsvinkelen i luft er lik brytningsindeksen for den reflekterende materiale, blir det reflekterte lyset helt lineært polarisert. Dette fenomenet er kjent som Brewster lov (oppkalt etter sin oppdageren, den skotske fysikeren David Brewster). Polariseringen retning parallelt med den reflekterende flate. Siden fluorescerende blende vanligvis forekommer ved refleksjon fra horisontale flater, slik som veier og vann filtre blir ofte brukt i solbriller å bli horisontalt polarisert lys, og derfor selektivt fjerne de refleksjoner av lys.

Rayleigh spredning

Lysspredningen ved meget små gjenstander, hvis dimensjoner er mye mindre enn bølgelengden (den såkalte Rayleigh-spredning etter den engelske forskeren Lord Rayleigh), skaper også en delvis polarisering. Når sollyset passerer gjennom jordens atmosfære, blir den dispergert med luftmolekyler. Earth og når spredt polarisert naturlig lys. Graden av polarisering er avhengig av spredningsvinkel. Siden mannen ikke skiller mellom naturlig og polarisert lys, denne effekten vanligvis går ubemerket. Ikke desto mindre, øynene til mange insekter reagerer på det, og de bruker den relative polarisering av spredt stråling som et navigasjonsverktøy. Normal filter kamera som blir brukt for å redusere bakgrunnsstråling i sterkt sollys, er en enkel lineær polarisator, som skiller det polariserte lys og naturlig Rayleigh.

anisotrope materialer

Polariseringseffekter er observert i de optisk anisotrope materialer (i hvilken brytningsindeksen varierer med retningen av polarisasjonen), slik som dobbeltbrytende krystaller, noen biologiske strukturer og optisk aktive materialer. Teknologiske anvendelser omfatter polariserende mikroskop, flytende krystalldisplayer og optiske instrumenter som brukes for materialforskning.