Поляризация

Поляризацията описва ориентацията на трептенето в напречна вълна. За светлината тя се определя чрез посоката на електричното поле. Поляризаторите правят тази ориентация измерима и управляема.

Какво означава светлината да е поляризирана

Поляризацията показва напречния характер на електромагнитните вълни. Линеен поляризатор пропуска компонента на електричното поле по своята ос на пропускане. Неполяризираната светлина има бързо изменящи се напречни ориентации, а линейно поляризираната — определена посока на полето.

Надлъжният звук във въздуха няма същата поляризационна степен на свобода, защото движението на средата е основно по посока на разпространението.

Линейният поляризатор проектира електричното поле върху оста си на пропускане.

Идеален линеен поляризатор

За неполяризирана падаща светлина средният интензитет след първия идеален поляризатор е I = I_непол/2. Ако I₀ вече описва поляризирана светлина, факторът 1/2 не се прилага повторно.

Вторият поляризатор, анализаторът, сравнява оста си с наличната посока на поляризация. Паралелни оси дават максимум, идеално кръстосани — нула.

Закон на Малюс

За вече линейно поляризирана светлина I = I₀ cos²θ, където θ е ъгълът между поляризацията и оста на анализатора. Амплитудата на полето се проектира с cos θ, а интензитетът е пропорционален на квадрата ѝ.

При 60° остава една четвърт от I₀. При 90° идеалният резултат е нула, но реалните поляризатори имат поглъщане и малко пропускане.

Закон на Малюс

I₀ (W m⁻²)θ (°)

След анализатора интензитетът следва cos²θ за линейно поляризирана входна светлина.

Отражението може да поляризира светлина

Отражението от неметални повърхности често предпочита една поляризация. Затова поляризираните очила намаляват отблясъка от път и вода. При ъгъла на Брюстер отразеният и пречупеният лъч са перпендикулярни.

Ефектът следва от граничните условия за електромагнитното поле и трябва да се различава от обикновено намаляване на интензитета.

Граници на модела

Законът на Малюс предполага, че I₀ описва светлина с определена линейна поляризация преди анализатора. Той не описва директно кръгова или елиптична поляризация и загубите в реален филтър.

В експеримент значение има относителният ъгъл между осите, а не абсолютната им ориентация спрямо масата.

Поляризацията е и пряко доказателство, че светлината е напречна вълна: посоката на трептене на електричното поле може да се избира независимо от посоката на разпространение. Реална светлина може да е само частично поляризирана, например след отражение или разсейване, и тогава трябва да се разграничат поляризираната и неполяризираната компонента. Законът на Малюс описва точно определена линейно поляризирана компонента, но не е пълно описание на всяко светлинно състояние.

Решени примери

1. Анализатор при 60°

I₀ = 80 W m⁻² и θ = 60°. Намерете I.

Решение

I = 80 cos²60° = 20 W m⁻².

2. Първи поляризатор

Неполяризирана светлина има 100 W m⁻².

Решение

След един идеален поляризатор средно остават 50 W m⁻².

3. Кръстосани поляризатори

Линейно поляризирана светлина попада върху идеален анализатор при 90°.

Решение

cos²90° = 0, затова идеалният модел дава I = 0.