Polarizirana in naravna svetloba. polarizirana svetloba v nasprotju z naravnimi

Valovi so dveh vrst. Vzdolžna vibracijski perturbacija vzporedna z njihovo smer širjenja. Primer je prehod zvoka v zraku. Prečne valovi so sestavljeni iz motenj, ki so pod kotom 90 ° glede na smer gibanja. Na primer, val poteka vodoravno skozi maso vode povzroča vertikalne vibracije na svoji površini.

Odkritje

Številni skrivnostnih optičnih učinkov, ugotovljenih v sredi XVII stoletja, je bilo pojasnjeno, ko se je začela polarizirana in naravna svetloba, ki se šteje kot pojav valov in so odkrili smer njegovih vibracij. Prvi ti polarizacija učinek je odkril danski zdravnika Erasmus Bartholin leta 1669. Znanstveno opazili dvojnega loma ali dvolomnost v Islandiji sidrnega ali kalcijevega (kristalno obliko kalcijevega karbonata). Ko svetloba prehaja skozi kalcit kristala ga razcepi, ki proizvajajo dve sliki premaknjene druga glede na drugo.

Newton vedo o tem pojavu in kaže, da imajo morda svetlobni delci asimetrijo ali "enostranska", da bi lahko bila vzrok za nastanek dveh slik. Huygens, sodobnik Newton je lahko razložiti svojo teorijo dvojnega loma osnovnih valovi, a je niso razumeli pravi pomen učinka. Birefringence ostala skrivnost do Thomas Young je in francoski fizik Augustin-Zhan Frenel ni predlagal, da se svetlobni valovi prečno. Preprosta ideja je, da pojasni, kaj polarizirani in naravne svetlobe. Ta pod pogojem, naravno in enostavno okvir za analizo posledic polarizacije.

Dvolomnosti je posledica kombinacije dveh pravokotnih polarizacij, od katerih ima vsaka val hitrost. Zaradi razlike v hitrosti obeh komponent imajo različne lomne količnike, zato so različno lomi skozi material, ki proizvajajo dve sliki.

Polarizirana in naravna svetloba: teorija Maxwell

Fresnel hitro razvil celovit model prečnih valov, kar je pripeljalo do loma in številnih drugih optičnih učinkov. Štirideset let pozneje, elektromagnetnega Maxwell teorija elegantno pojasnjuje prečno naravo svetlobe.

Elektromagnetni valovi Maxwell sestavljajo magnetnih in električnih polj pravokotno na smer nihajne gibanja. Polja so pod kotom 90 ° med seboj. V tem primeru je smer širjenja magnetnih in električnih polj tvorijo desno roko koordinatni sistem. Za valu s frekvenco f in dolžino λ (se nanašajo odvisnost λf = C), ki se premika v pozitivni smeri x, so polja opisan matematično:

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

Enačbe kažejo, da so električna in magnetna polja v fazi med seboj. V danem trenutku so hkrati dosežejo svoje najvišje vrednosti v prostoru, ki je enaka e = ₀ in B _0. Te amplitude niso neodvisni. Maxwellove enačbe kažejo, da E ₀ = CB ₀ za vse elektromagnetnega valovanja v vakuumu.

smer polarizacije

V opisu orientacije magnetnih in električnih polj svetlobnih valov so ponavadi le nakazujejo smer električnega polja. Vektor magnetno polje je določena z zahtevo po pravokotnost polj in njihovo pravokotnost na smer gibanja. Naravna in linearno polarizirana svetloba je značilno, da je v zadnjem polju oscilira v osnovnih smereh kot gibanje vala.

Obstajajo tudi druge možne polarizacije države. Pri krožnih vektorjev magnetnih in električnih polj vrtljivima glede na smer razširjanja na konstantno amplitudo. Eliptično polarizirana svetloba je v vmesnem položaju med linearnim in okroglih polarizacij.

nepolarizirano luč

Atomi na površini ogrevanim filamenta, ki ustvarjajo elektromagnetno sevanje, pomenita neodvisno drug od drugega. Vsako sevanje lahko približno vzoru vlakov kratkotrajnih 10 ^-9 do 10 ^-8 sekund. Elektromagnetni valovi iz žarilno nitko, je prekrivanje teh vlakov, od katerih ima vsaka svojo smer polarizacije. Znesek usmerjeni naključno vlaki oblike val polarizacija vektor, ki hitro in nepredvidljivo spreminja. Tak val se imenuje nepolarizirano. Vsi naravni viri svetlobe, vključno s Soncem, žarnice, fluorescenčne sijalke in ognja, izdelavo takega sevanja. Vendar pa je naravna svetloba je pogosto delno polarizirana zaradi večkratnega sipanja in refleksije.

Tako je razlika iz naravnega polarizirane svetlobe je v tem, da je v prvih nihanj v ravnini pojavijo.

Viri polarizirane sevanja

Polarizirana svetloba se lahko ustvari, ko določena prostorska orientacija. En primer je sinhrotronskega sevanja, v katerem visoko energijsko nabiti delci gibljejo v magnetnem polju in oddajajo polariziran elektromagnetnega valovanja. Obstaja veliko znanih astronomski virov, ki tvorijo naravno polarizirano svetlobo. Ti vključujejo meglice, ostankov supernove in aktivnih galaktičnih jeder. kozmično sevanje polarizacija je študiral, da bi določili lastnosti njenih virov.

polaroid filter

Polarizirana in naravna svetloba so ločeni s prehodom skozi različne materiale, od katerih je najbolj pogosta je polaroid, ki ga je ameriški fizik Edwin Land ustvarili. Filter sestoji iz dolgih verig ogljikovodikov molekul usmerjenih v eni smeri po postopku toplotne obdelave. Molekula, da selektivno absorbirajo sevanje, električno polje vzporedno z njihovo usmerjenost. Svetloba zapušča polarizator je linearno polarizirana. Njena električno polje pravokotno na smer molekularno orientacijo. Polaroid je našel vlogo na številnih področjih, vključno s sončnimi očali in filtri, ki zmanjšujejo učinek odbite in razpršene svetlobe.

Naravna in polarizirana svetloba: pravo Malus

Leta 1808, fizik Etienne-Louis Malus ugotovljeno, da svetloba odbije od nekovinskih površin, delno polarizirana. Obseg tega učinka je odvisna od vpadnega kota in lomnega količnika odsevnega materiala. V eni od skrajnih primerih, ko je tangenta vpadnega kota v zraku enaka lomnega količnika odbojnega materiala, postane odbita svetloba povsem linearno polarizirana. Ta pojav je znan kot Brewster zakonu (imenovan po najditelju, škotski fizik David Brewster). Smer polarizacije vzporedna zrcalne površine. Ker fluorescentno bleščanja običajno pojavljajo ob odbojnost vodoravnih površinah, kot so ceste in vodni filtri se običajno uporabljajo v sončnih ostati vodoravno polarizirane svetlobe in s tem selektivno odstraniti odboje svetlobe.

Rayleigh sipanje

Sipanje svetlobe, ki ga zelo majhnih predmetov, katerih dimenzije so precej manjši od valovne dolžine (tako imenovani Rayleigh sipanje po angleški znanstvenik Lord Rayleigh), prav tako ustvarja delno polarizacijo. Ko sončno svetlobo skozi zemeljsko atmosfero se razprši zračnih molekul. Zemlja in doseže razpršene polarizirane naravne svetlobe. Stopnja polarizacije je odvisno od razpršenosti kota. Ker človek ne razlikuje med naravnim in polarizirane svetlobe, ta učinek se ponavadi gre neopažena. Kljub temu, oči mnogih žuželk odzvati nanjo, in ki jih uporabljajo relativno polarizacijo razpršenega sevanja kot navigacijsko orodje. Običajno filter kamero, ki se uporablja za zmanjšanje ozadja sevanja pri močni sončni svetlobi, je preprost linearni polarizator, ki ločuje polarizirano svetlobo in naravno Rayleigh.

anizotropne materiale

so opazili posledic polarizacije v optično anizotropne snovi (v kateri lomni količnik se spreminja s smerjo polarizacije), kot dvolomnih kristalov, nekaterih bioloških struktur in optično aktivnih materialov. Tehnološke aplikacije vključujejo polarizira mikroskopi, zaslonov s tekočimi kristali in optičnih instrumentov, ki se uporabljajo za raziskave materialov.