Polarizované a přirozené světlo. polarizované světlo na rozdíl od zemního

Vlny jsou dvojího druhu. Podélná vibrační poruchové rovnoběžně se směrem jejich šíření. Příkladem je průchod zvuku ve vzduchu. Příčné vlny sestávají z poruch, které jsou pod úhlem 90 ° ke směru pohybu. Například vlna procházející horizontálně skrz množství vody způsobí vertikální vibrace na jeho povrchu.

Objev

Řada záhadné optických účinků pozorovaných v polovině XVII století, bylo vysvětleno, když se začala polarizované a přirozené světlo, které mají být považovány za vlny jevu a směr jeho vibrací byly objeveny. První takzvaný polarizační efekt byl objeven dánský lékař Erasmus Bartholin v roce 1669. Vědecké pozorovány dvojlom nebo dvojlom na Islandu nosníku nebo vápenatý (krystalická forma uhličitanu vápenatého). Když světlo prochází vápencovém krystalu rozděluje jej produkovat dva obrazy jsou posunuty vůči sobě navzájem.

Newton vědět o tomto jevu, a naznačuje, že možná lehké částečky mají asymetrii nebo „jednostranné“, které by mohly být příčinou vzniku dvou obrazů. Huygens, současník Newton byl schopný vysvětlit jeho teorii dvojitého lomu elementárních vln, ale nechápal pravý význam tohoto efektu. Dvojlom zůstal tajemstvím až do Thomas Young a francouzský fyzik Augustin-Zhan Frenel není navrhl, že světelné vlny jsou příčné. Jednoduchý nápad nechá vysvětlit, co polarizované a přirozené světlo. To za předpokladu, přirozenou a nekomplikované rámec pro analýzu polarizační efekty.

Dvojlom je způsoben kombinací dvou kolmých polarizací, z nichž každý má svou rychlost vln. Vzhledem k rozdílu v rychlosti ze dvou složek mají různé indexy lomu, a proto jsou různě láme skrz materiál, produkovat dva obrazy.

Polarizované a přirozené světlo: teorie Maxwell

Fresnel se rychle vyvinula komplexní model příčných vln, což vedlo k dvojlomu a řada dalších optických efektů. O čtyřicet let později, elektromagnetického Maxwellova teorie elegantně vysvětluje příčnou povahu světla.

Elektromagnetické vlny Maxwell skládá z magnetického a elektrického pole kolmo ke směru kmitavého pohybu. Pole jsou v úhlu 90 ° vůči sobě. V tomto případě je směr šíření z magnetického a elektrického pole tvoří pravotočivý souřadnicový systém. Pro vlny s frekvencí f a délky lambda (se vztahují závislost λf = C), která se pohybuje v pozitivním směru x, pole jsou popsána matematicky:

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

Rovnice ukazují, že elektrická a magnetická pole jsou ve fázi s sebou. V každém okamžiku, se současně dosáhne své maximální hodnoty v prostoru, která se rovná ₀ E a B _0. Tyto amplitudy nejsou nezávislé. Maxwellovy rovnice vyplývá, že E = ₀ CB ₀ pro všechny elektromagnetické vlny ve vakuu.

směr polarizace

V popisu orientaci magnetického a elektrického pole světelné vlny jsou obvykle pouze indikují směr elektrického pole. Vektor magnetické pole je určena požadavkem kolmosti polí a jejich kolmosti ke směru pohybu. Přírodní a lineárně polarizované světlo se vyznačuje tím, že v poslední pole oscilují v pevných směrech pohybu vlny.

Existují i další možné polarizační stavy. V případě kruhových vektorů magnetického a elektrického pole jsou pootočeny vzhledem ke směru šíření při konstantní amplitudou. Elipticky polarizované světlo je v mezilehlé poloze mezi lineární a kruhové polarizace.

nepolarizované světlo

Atomy na povrchu vyhřívaného vlákna, které vytvářejí elektromagnetické záření, jsou, nezávisle na sobě. Každý záření může být přibližně modelován jako vlaky krátké trvání 10 ^-9 až 10 ^{~ 8} sekund. Elektromagnetické vlny z vlákna, je superpozicí těchto vlaků, z nichž každý má svůj vlastní směr polarizace. Množství orientovaná náhodně vlaky formy vlny polarizace vektor, který rychle a nepravidelně se mění. Takové vlny se nazývá nepolarizované. Všechny přírodní zdroje světla, včetně Slunce, žárovky, zářivky a plamenů, produkovat takový záření. Nicméně, přirozené světlo je často částečně polarizované v důsledku vícenásobného rozptylu a odrazu.

To znamená, že rozdíl od přirozeného polarizovaného světla spočívá v tom, že v prvních oscilací nastat v jedné rovině.

Zdroje polarizovaného záření

Polarizované světlo může být vyroben, když je prostorová orientace určeno. Jedním z příkladů je synchrotronové záření, ve kterém o vysoké energii nabité částice pohybující se v magnetickém poli a vydávají polarizované elektromagnetické vlny. Existuje mnoho známých astronomické zdroje, které emitují přirozeně polarizované světlo. Patří mezi ně mlhoviny, supernov zbytky, a aktivních galaktických jader. kosmické záření polarizace je studován za účelem zjištění vlastností svých zdrojů.

polaroid filter

Polarizované a přirozené světlo jsou odděleny průchodem řadou materiálů, z nichž nejčastější je POLAROID, vytvořený americký fyzik Edwin Land. Filtr se skládá z dlouhých řetězců uhlovodíkových molekul orientovaných v jednom směru v procesu tepelného zpracování. Molekula selektivně absorbuje záření, je elektrické pole rovnoběžné s jejich orientaci. Světlo opouští polarizátor je lineárně polarizované. Jeho elektrické pole kolmé ke směru molekulární orientace. Polaroid našel uplatnění v mnoha oblastech, včetně slunečních brýlí a filtry, které snižují efekt odraženého a rozptýleného světla.

Přirozené a polarizované světlo: právo Malus

V roce 1808, fyzik Etienne Louis Malus zjištěno, že světlo odražené od nekovových povrchů, částečně polarizované. Rozsah tohoto účinku závisí na úhlu dopadu a indexu lomu reflexního materiálu. V jednom z krajních případech, kdy je tangens úhlu dopadu na vzduchu se rovná indexu lomu reflexního materiálu, odražené světlo se zcela lineárně polarizované. Tento jev je známý jako Brewster zákona (pojmenované po svém objeviteli, skotský fyzik David Brewster). Směr polarizace rovnoběžná s odraznou plochou. Vzhledem k tomu, fluorescenční oslnění se obvykle vyskytují při odrazu od vodorovné plochy, jako jsou silnice a vodních filtrů se běžně používají v brýlích zůstat vodorovně polarizované světlo, a proto selektivně odstranit odrazy světla.

Rayleighův rozptyl

Rozptyl světla velmi malých objektů, jejichž rozměry jsou mnohem menší než vlnová délka (tzv Rayleighův rozptyl po anglický vědec Lord Rayleigh), také vytváří částečnou polarizaci. Pokud sluneční světlo prochází zemské atmosféry, je rozptýlen molekul vzduchu. Země a dosahuje rozptýlené polarizované přirozené světlo. Stupeň polarizace je závislý na úhlu rozptylu. Vzhledem k tomu člověk nerozlišuje mezi přirozeným a polarizovaného světla, tento účinek většinou bez povšimnutí. Nicméně, oči mnoha druhů hmyzu reagují na něj, a oni používají relativní polarizaci rozptýleného záření jako navigační nástroj. Normální filtr fotoaparát, který se používá ke snížení záření na pozadí za jasného slunečního světla, je jednoduchá lineární polarizátor, který odděluje polarizované světlo a přírodní Rayleigh.

anizotropní materiály

Polarizační účinky jsou pozorovány v opticky anizotropních látek (ve kterém index lomu se mění v závislosti na směru polarizace), jako jsou například krystaly, dvojlomných některých biologických struktur a opticky aktivních materiálů. Technologické aplikace zahrnují polarizační mikroskopy, displeje z tekutých krystalů a optické přístroje používané pro materiálový výzkum.