Polarizētā un dabiska gaisma. polarizētā gaisma atšķirībā no dabīgā

Viļņi ir divu veidu. Garenvirziena vibrāciju perturbācija paralēli savā virzienā pavairošanai. Piemērs ir fragments skaņas gaisā. Šķērsvirziena viļņi sastāv no traucējumiem, kas ir leņķī 90 ° leņķī pret kustības virzienu. Piemēram, vilnis iet horizontāli caur masu ūdens izraisa vertikālās vibrācijas tās virsmas.

Atklāšana

Vairāki noslēpumainu optisko novērotajām vidū XVII gadsimtā, tika paskaidrots, kad polarizētā un dabiska gaisma sāka uzskatīt par viļņu parādību, un tika atklāti virziens tās vibrācijām. Pirmais tā saucamais polarizācijas efektu atklāja Dānijas ārsts Erasmus Bartholin 1669. Scientific novērota divkāršu refrakciju vai birefringence Islandē lonžerons vai kalcija (kristāliskā formā, kalcija karbonāta). Kad gaisma iet caur kalcīta kristāla sadala to, kas ražo divi attēli tiek pārvietoti attiecībā pret otru.

Newton zina par šo fenomenu, un norāda, ka, iespējams, gaismas asinsķermenīšiem ir asimetrija vai "vienpusējs", kas varētu būt iemesls veidošanās diviem attēliem. Huygens, mūsdienu Newton varēja izskaidrot savu teoriju dubultās refrakcijas elementāru viļņi, bet viņš nesaprata patieso nozīmi efektu. Birefringence palicis noslēpums līdz Thomas Young un franču fiziķis Augustin-Zhan Frenel netiek ierosināts, ka gaismas viļņi ir šķērsvirziena. Vienkārša ideja ļāva izskaidrot, ko polarizētu un dabiska gaisma. Tas nodrošināja dabisku un nesarežģītu pamatu analīzei polarizācijas ietekmes.

Birefringence izraisa kombinācija divu taisnleņķa polarizācijām, no kurām katrai ir savas viļņu ātrumu. Sakarā ar ātrumu atšķirība no diviem komponentiem ir dažādas atstarošanas indeksu, un tādēļ tie ir atšķirīgi refracted caur materiālu, kas ražo divi attēli.

Polarizētā un dabiska gaisma: Maxwell teorija

Fresnel ātri izstrādājusi visaptverošu modeli šķērsvirziena viļņi, kas noveda pie birefringence un vairākām citām optiskie efekti. Četrdesmit gadus vēlāk, elektromagnētisko Maksvela teorija eleganti skaidro šķērsvirziena raksturu gaismas.

Elektromagnētiskie viļņi Maxwell veido magnētisko un elektrisko lauku, kas ir perpendikulāra virzienā svārsta kustību. Lauki ir leņķī 90 ° pret otru. Šajā gadījumā virziens izplatīšanās magnētisko un elektrisko lauku veido labo roku koordinātu sistēmu. Par vilni ar frekvenci f un garumu koeficientu l (tās attiecas atkarību λf = c), kas pārvietojas pozitīvā x virzienā lauki ir aprakstīti matemātiski:

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

Par vienādojumi parāda, ka elektriskie un magnētiskie lauki fāzē ar otru. Jebkurā brīdī, tie vienlaicīgi sasniedz savu maksimālo vērtību telpā, kas vienāds ar E ₀ un B _0. Šīs amplitūdas nav neatkarīgas. Maksvela vienādojumi atklāj, ka E ₀ = CB ₀ visiem elektromagnētiskajiem viļņiem vakuumā.

polarizācija virziens

In aprakstā magnētiskām un elektrisko lauku gaismas viļņiem parasti ir tikai norādīt virzienu elektriskā lauka. Magnētiskā lauka vektors nosaka prasību perpendikularitāti laukiem un to perpendikularitāti pret kustības virzienu. Dabas un lineāri polarizēta gaisma ir raksturīgs ar to, ka pēdējā lauka svārstīties fiksēto virzienos kā kustības viļņa.

Ir arī citi iespējamie polarizācija valstis. Gadījumā, ja apļveida vektoru magnētisko un elektrisko lauku ir pagriezts attiecībā pret izplatīšanās virzienu pie nemainīga amplitūdu. Elipses polarizētu gaismu ir starpstāvoklī starp lineāro un riņķveida polarizāciju.

unpolarized gaisma

Atomi pie virsmas apsildāmu pavedienu, kas rada elektromagnētisko starojumu, ir, neatkarīgi viens no otra. Katrs starojums var aptuveni modelēta kā vilcieni īslaicīgiem 10 ^-9 līdz 10 ^-8 sekundēm. Elektromagnētiskie viļņi no kvēldiega, ir pārklāšanās šo vilcienu, no kurām katrai ir savs polarizācijas virzienu. Summa orientēta nejauši vilcieni formas viļņa polarizācijas vektors, kas strauji un neprognozējami atšķiras. Šāds vilnis sauc unpolarized. Visas dabas gaismas avoti, tostarp Sun, kvēlspuldžu, dienasgaismas lampas un liesmām, rada šādu starojumu. Tomēr dabiskā gaisma bieži daļēji polarizētu pateicoties vairākiem izkliedi un pārdomām.

Tādējādi atšķirība no dabiskās polarizētā gaismā veido fakts, ka pirmajos svārstības notiek plaknē.

Avoti polarizētā starojuma

Polarizētu gaismu var izgatavot, kad telpisko orientāciju nosaka. Viens piemērs ir sinhronēto starojums, kurā augstas enerģijas lādētu daļiņu, kas kustās magnētiskajā laukā un izdala polarizētu elektromagnētisko vilni. Ir daudzi labi pazīstami astronomiskās avoti, kas izstaro dabiski polarizētu gaismu. Tie ietver miglājus, supernovu paliekas, un aktīvās galaktikas. kosmiskā radiācija polarizācija pētīta, lai noteiktu īpašības saviem avotiem.

POLAROID filtru

Polarizētā un dabiska gaisma atdala cauri vairākiem materiāliem, visbiežāk no kura ir polaroid, kas izveidota ar amerikāņu fiziķis Edwin zemes. Filtrs sastāv no garas ķēdes ogļūdeņražu molekulu orientēti vienā virzienā ar termiskās apstrādes procesu. Molekula, lai selektīvi absorbē starojumu, elektriskais lauks ir paralēla savu orientāciju. Gaisma atstājot Polarizators lineāri polarizēta. Tās elektriskā lauka, kas ir perpendikulāra pārvietošanās virzienam molekulārās orientācijas. Polaroid ir atradis pieteikumu daudzās jomās, tostarp saulesbrilles un filtriem, kas samazina ietekmi atstarotās un izkliedētās gaismas.

Dabas un polarizēta gaisma: likums Malus

In 1808, fiziķis Etienne Louis Malus konstatēts, ka atstaroto gaismu no nemetāliskām virsmām, daļēji polarizēta. Šīs ietekmes apmērs ir atkarīgs no krišanas leņķa un refrakcijas indeksa atstarojoša materiāla. Vienā no ārkārtējos gadījumos, kad tangenss krišanas leņķa gaisā ir vienāda ar refrakcijas indeksa atstarojoša materiāla, atstarotā gaisma kļūst pilnīgi lineāri polarizēta. Šis fenomens ir pazīstams kā Brewster likums (nosaukts pēc tā atklājēja, Skotijas fiziķis Deivids Brewster). Polarizācija virziens paralēli atstarojošās virsmas. Tā fluorescējošo atspulgu parasti notiek pēc pārdomām no horizontālām virsmām, piemēram, ceļiem un ūdens filtri parasti izmanto saulesbriļļu palikt horizontāli polarizētu gaismu, un tādējādi selektīvi noņemtu pārdomas gaismas.

Rayleigh izkliede

Gaismas izkliede ar ļoti maziem objektiem, kuru izmēri ir daudz mazāki nekā viļņa (tā sauktā Rayleigh izkliede pēc angļu zinātnieka Lord Rayleigh), kā arī rada daļēju polarizāciju. Kad saules gaisma iet caur Zemes atmosfērā, tā ir izkliedēta ar gaisa molekulām. Zeme un sasniedz izkaisīti polarizētu dabiskā gaisma. No polarizācijas pakāpe ir atkarīga no izkliedes leņķi. Tā kā cilvēks neatšķir dabas un polarizētā gaismā, šis efekts parasti pat nepamana. Tomēr acis daudzu kukaiņu reaģē uz to, un viņi izmanto relatīvo polarizāciju izkliedētās radiācijas kā navigācijas līdzekli. Normāls filtrs kamera, kas tiek izmantota, lai samazinātu fona starojumu spilgtā saules gaismā, ir vienkārša lineāra polarizācija, kas atdala polarizēto gaismu un dabas Rayleigh.

anizotropām materiāli

Polarizācijas efektu novēro optiski anisotropisko materiāliem (kurā atstarošanas indeksu atšķiras ar virzienu polarizācijas), piemēram, birefringent kristāliem, dažos bioloģiskās struktūras un optiski aktīvo materiālu. Tehnoloģiskie pieteikumi ietver polarizācijas mikroskopi, šķidro kristālu displeju un optisko instrumentu izmanto materiālu pētījumiem.