Polarizace
Polarizace popisuje orientaci kmitání elektrického pole elektromagnetické vlny. Je možná proto, že světlo je příčná vlna; směr šíření a směr kmitání elektrického pole nejsou totéž.
Co polarizace znamená
U lineárně polarizované vlny zůstává směr elektrického pole v jedné pevné rovině. U nepolarizovaného světla se tento směr v čase mění tak, že v příčné rovině není zvýhodněna jediná osa.
Polarizace neznamená změnu směru paprsku. Dvě vlny se mohou šířit stejným směrem a přesto mít odlišný stav polarizace.
Polarizátor jako orientační filtr
Ideální lineární polarizátor propouští složku pole rovnoběžnou s osou propustnosti. Kolmá složka je odstraněna, takže světlo za polarizátorem má určený směr polarizace.
Pro ideální nepolarizované světlo dává první polarizátor v průměru I = I_unpol/2. Faktor jedné poloviny vzniká průměrováním všech počátečních orientací pole.
Malusův zákon
Malusův zákon
Dopadá-li na analyzátor již lineárně polarizované světlo o intenzitě I₀, za ideálním analyzátorem platí I = I₀ cos²θ, kde θ je úhel mezi směrem polarizace a osou analyzátoru.
Nedělte automaticky znovu dvěma, pokud I₀ již popisuje polarizované světlo dopadající na analyzátor. Nejprve určete stav světla bezprostředně před daným optickým prvkem.
Dva zkřížené polarizátory
Pro θ = 90° dává ideální Malusův zákon nulovou intenzitu za druhým polarizátorem. Pro θ = 45° zůstane polovina intenzity dopadající na analyzátor, protože cos²45° = 1/2.
Vložení třetího polarizátoru mezi dva zkřížené může zvýšit průchod, protože mezikrok vytvoří novou projekci pole, kterou následující analyzátor částečně propustí. Nejde o vznik energie.
Odraz může polarizovat
Odraz od dielektrik, například vody nebo skla, často zvýhodňuje jednu orientaci polarizace. Proto polarizační brýle dokážou omezit odlesky od vodorovných ploch.
Při Brewsterově úhlu jsou odražený a lomený paprsek kolmé a odražené světlo je v ideálním případě silně polarizováno v jednom směru. Reálné povrchy a materiály nejsou ideální.
Meze jednoduchého modelu
Skutečné polarizátory mají konečnou propustnost a nenulový průchod i pro blokovanou orientaci. Měření proto nemusí dosáhnout přesně 0% nebo 100%, i když jsou osy nastaveny správně.
Existuje také kruhová a eliptická polarizace, které nelze popsat jediným úhlem lineární osy. Malusův zákon je základním nástrojem pro lineární analyzátor, nikoli úplným popisem všech polarizačních stavů.
Řešené příklady
1. Analyzátor pod úhlem 60°
Řešení
I/I₀ = cos²60° = 0,25. Pro 80 W/m² dostaneme 20 W/m².
2. První ideální polarizátor
Řešení
Ze 100 W/m² nepolarizovaného světla v průměru zůstane 50 W/m².
3. Analyzátor pod úhlem 90°
Řešení
Pro ideální systém I = I₀ cos²90° = 0.