599 Shares 2846 views

Spolaryzowane i naturalne światło. spolaryzowane światło w przeciwieństwie do naturalnego

Fale są dwojakiego rodzaju. Podłużna wibracyjna zaburzeń równolegle do kierunku ich rozchodzenia się. Przykładem jest przejście dźwięku w powietrzu. fale poprzeczne składają zaburzeń, które są nachylone pod kątem 90 ° w stosunku do kierunku ruchu. Na przykład fali przechodzącej poziomo przez masę wody powoduje pionowe drgania powierzchni.

Odkrycie

Szereg tajemniczych efektów optycznych obserwowanych w połowie XVII wieku, zostało wyjaśnione, kiedy zaczęła się spolaryzowane i naturalne światło należy traktować jako zjawisko fali i kierunek jego drgania zostały odkryte. Pierwszy tak zwany efekt polaryzacji zostało odkryte przez duński lekarz Erasmus Bartholin w 1669 roku. Naukowych lub obserwuje się podwójne załamywanie dwójłomność w Islandii dźwigara lub wapnia (postać kryształów węglanu wapnia). Gdy światło przechodzi przez kryształ kalcyt rozdziela się, tworząc dwa obrazy są przesunięte względem siebie.

Newton o tym zjawisku i sugeruje, że być może światło ciałka mają asymetrię lub „jednostronne”, które mogą być przyczyną powstawania dwoma obrazami. Huygens, współczesny Newton był w stanie wyjaśnić swoją teorię podwójnego załamania fal elementarnych, ale nie zrozumieć prawdziwe znaczenie efektu. Dwójłomności pozostawała tajemnicą aż Thomas Young i francuski fizyk Augustin-Zhan Frenel nie sugeruje się, że fale świetlne są poprzeczne. Prosty pomysł pozwolił wyjaśnić co spolaryzowane i naturalne światło. To pod warunkiem ramy naturalne i nieskomplikowane do analizy efektów polaryzacyjnych.

Dwójłomności jest spowodowany przez kombinację dwóch wzajemnie prostopadłych polaryzacjach, z których każdy ma swoją prędkość fali. Z powodu różnicy w prędkości dwóch elementów mają różne współczynniki załamania światła, a zatem są one różnie załamywana przez materiał, tworząc dwa obrazy.

Spolaryzowane i naturalnego światła: teoria Maxwella

Fresnela szybko opracowała kompleksowy model fal poprzecznych, które doprowadziły do dwójłomności i szereg innych efektów optycznych. Czterdzieści lat później, elektromagnetycznej teorii Maxwella elegancko wyjaśnia poprzeczną naturę światła.

Fale elektromagnetyczne Maxwell składa się pól magnetycznych i elektrycznych w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu oscylacyjnego. Pola są pod kątem 90 ° do siebie. W tym przypadku kierunek propagacji pól magnetycznych i elektrycznych tworzą układ prawoskrętny współrzędnych. Dla fali o częstotliwości f i długość Î (dotyczą zależność λf = C), który przemieszcza się w dodatnim kierunku x, obszary są opisane matematycznie:

  • E (x, t) = E 0 cos (2 π X / λ – 2 gatunku ft) R ^;
  • B (x, t) = 0 B cos (2 π X / λ – 2 π ft) z ^.

Równania pokazują, że pola elektryczne i magnetyczne są w fazie ze sobą. W danym czasie, jednocześnie osiągają maksymalne wartości w przestrzeni równej E 0 i B 0. Te amplitudy nie są niezależne. równaniami Maxwella wynika, że E 0 = CB 0 dla wszystkich fal elektromagnetycznych w próżni.

Kierunek polaryzacji

W opisie orientacji pól magnetycznych i elektrycznych fal świetlnych są zazwyczaj tylko wskazać kierunek pola elektrycznego. Wektor pola magnetycznego wynika z wymagania pól prostopadłości i ich prostopadłości do kierunku ruchu. Naturalne światło spolaryzowane liniowo i charakteryzuje się tym, że w ostatnim polu oscylują w stałych kierunków jako ruch fali.

Istnieją inne możliwe stany polaryzacji. W przypadku okrągłych wektorów pola magnetycznego i pola elektrycznego są obrócone względem kierunku propagacji przy stałej amplitudzie. Światło spolaryzowane eliptycznie znajduje się w położeniu pośrednim między liniowymi i kolistymi polaryzacji.

niespolaryzowane światło

Atomy o powierzchni ogrzewanej włókien, które wytwarzają promieniowanie elektromagnetyczne, są niezależnie od siebie. Każdy promieniowania może być w przybliżeniu wzór pociągi o krótkim czasie trwania 10 ~ 9 do 10 ~ 8 sekund. fale elektromagnetyczne pochodzące z żarnika jest superpozycją tych pociągów, z których każda ma swój własny kierunek polaryzacji. zorientowane przypadkowo ilość pociągów formy wektorem polaryzacji fali, która zmienia się dynamicznie i nierównomiernie. Takie fali jest nazywany niespolaryzowane. Wszystkie naturalne źródła światła, w tym Sun, żarówek, świetlówek i płomienie, produkują takie promieniowanie. Jednak, naturalne światło spolaryzowane często częściowo w wyniku wielokrotnego rozproszenia i odbicia.

Tak więc, różnica w naturalnym świetle spolaryzowanym, polega na tym, że w pierwszym drgania występują w jednej płaszczyźnie.

Źródła promieniowania spolaryzowanego

Spolaryzowane światło może być wytwarzany, gdy orientacja przestrzenna ustalona. Jednym z przykładów jest promieniowanie Synchrotron, w którym wysokoenergetyczne cząstki naładowane porusza się w polu magnetycznym i emitują spolaryzowaną falę elektromagnetyczną. Istnieje wiele dobrze znanych źródeł astronomicznych, które emitują światło spolaryzowane naturalnie. Należą mgławice, pozostałości po supernowych, a galaktyka aktywna. polaryzacji promieniowania kosmicznego badano w celu określenia właściwości źródeł.

Filtr Polaroid

Spolaryzowane i naturalnego światła są oddzielone przechodząc przez szereg materiałów, z których najczęstszym jest polaroid, stworzony przez amerykańskiego fizyka Edwin Ziemi. Filtr składa się z długich łańcuchów cząsteczek węglowodorów zorientowanych w jednym kierunku, w procesie obróbki cieplnej. Cząsteczka do selektywnego absorbowania promieniowania, pole elektryczne jest równoległe do ich orientacji. Światło pozostawiając polaryzator jest spolaryzowane liniowo. Jego pole elektryczne prostopadłe do kierunku orientacji molekularnej. Polaroid znalazła zastosowanie w wielu dziedzinach, w tym okularów i filtrów, które redukują efekt odbitego i rozproszonego światła.

Naturalne i światło spolaryzowane: prawo Malus

1808, fizyki Etienne Louis Malus stwierdzono, że światło odbite od powierzchni niemetalicznych, częściowo spolaryzowane. Zakres tego zjawiska w zależności od kąta padania i współczynnikiem załamania materiału odblaskowego. W jednym ze skrajnych przypadkach tangens kąta padania w powietrzu jest równa załamania materiału odblaskowego, odbite światło zostaje całkowicie liniowo spolaryzowanym. Zjawisko to znane jest jako prawo Brewstera (nazwany jego odkrywcy, szkocki fizyk David Brewster). Kierunek polaryzacji równoległej do powierzchni odbijającej. Od odbicia fluorescencyjny zazwyczaj występują po odbiciu z powierzchni poziomych, takich jak drogi, filtry wody są powszechnie stosowane w okularach pozostać poziomej polaryzacji światła, a zatem selektywnie usunąć odbicia światła.

rozpraszanie Rayleigha

Rozpraszanie światła przez bardzo małych przedmiotów, których wymiary są znacznie mniejsze niż długość fali (tzw Rozpraszanie Rayleigha po naukowca angielskiego Pan Rayleigha), tworzy również częściową polaryzację. Gdy światło przechodzi przez atmosferę ziemską, jest rozproszona przez cząsteczki powietrza. Ziemi i dosięga rozproszone spolaryzowanego światła naturalnego. Stopień polaryzacji jest zależna od kąta rozpraszania. Ponieważ człowiek nie rozróżnia między światłem naturalnym i spolaryzowanym, efekt ten zazwyczaj niezauważone. Niemniej oczach wielu owadów reaguje na niego, a oni korzystają względną polaryzacji promieniowania rozproszonego jako narzędzia nawigacyjnego. Normalny aparat filtr, który jest stosowany w celu zmniejszenia promieniowania tła w jasnym świetle słonecznym, jest prosty polaryzator liniowy, który oddziela światło spolaryzowane i naturalne Rayleigh.

materiały anizotropowe

efekty polaryzacyjne są obserwowane w materiałach optycznie anizotropowe (w których współczynnik załamania zmienia się zgodnie z kierunkiem polaryzacji), takie jak dwójłomnych kryształów niektórych struktur biologicznych i optycznie aktywnych materiałów. Aplikacje technologiczne obejmują polaryzacyjnych mikroskopy, wyświetlacze ciekłokrystaliczne i przyrządów optycznych używanych do badań materiałów.