Polarizacija
Polarizacija opisuje usmjerenje titranja električnog polja elektromagnetskog vala. Moguća je zato što je svjetlost poprečni val; smjer širenja i smjer titranja električnog polja nisu isto.
Što znači polarizacija
Kod linearno polariziranog vala smjer električnog polja ostaje u jednoj određenoj ravnini. Kod nepolarizirane svjetlosti taj se smjer mijenja s vremenom tako da u poprečnoj ravnini nema povlaštene osi.
Polarizacija ne znači promjenu smjera zrake. Dva vala mogu se širiti potpuno istim smjerom, a imati različita polarizacijska stanja.
Polarizator kao filtar orijentacije
Idealni linearni polarizator propušta komponentu polja paralelnu osi propusnosti. Okomita komponenta uklanja se, pa svjetlost iza polarizatora ima određeni smjer polarizacije.
Za idealnu nepolariziranu svjetlost prvi polarizator u prosjeku daje I = I_unpol/2. Faktor jedne polovine proizlazi iz usrednjavanja svih početnih orijentacija polja.
Malusov zakon
Malusov zakon
Ako na analizator već pada linearno polarizirana svjetlost intenziteta I₀, iza idealnog analizatora vrijedi I = I₀ cos²θ, gdje je θ kut između smjera polarizacije i osi analizatora.
Nemojte automatski ponovno dijeliti s dva ako I₀ već opisuje polariziranu svjetlost koja pada na analizator. Najprije odredite stanje svjetlosti neposredno prije određenog optičkog elementa.
Dva ukrižena polarizatora
Za θ = 90° idealni Malusov zakon daje nulti intenzitet iza drugog polarizatora. Za θ = 45° ostaje polovina intenziteta koji pada na analizator jer je cos²45° = 1/2.
Umetanje trećeg polarizatora između dva ukrižena može povećati prolaz jer međukorak stvara novu projekciju polja koju sljedeći analizator djelomično propušta. Energija se pritom ne stvara.
Refleksija može polarizirati
Refleksija od dielektrika poput vode ili stakla često daje prednost jednoj orijentaciji polarizacije. Zato polarizacijske naočale mogu smanjiti odsjaj od vodoravnih površina.
Pri Brewsterovu kutu reflektirana i lomljena zraka međusobno su okomite, a reflektirana svjetlost u idealnom je slučaju snažno polarizirana u jednom smjeru. Stvarne površine i materijali nisu idealni.
Granice jednostavnog modela
Stvarni polarizatori imaju konačnu propusnost i mali prolaz i za blokiranu orijentaciju. Mjerenje zato možda neće doseći točno 0% ili 100% čak ni kada su osi pravilno postavljene.
Postoje i kružna i eliptična polarizacija, koje ne opisuje jedan kut linearne osi. Malusov zakon osnovni je alat za linearni analizator, ali nije potpun opis svih polarizacijskih stanja.
Riješeni primjeri
1. Analizator pod kutom 60°
Rješenje
I/I₀ = cos²60° = 0,25. Za 80 W/m² dobivamo 20 W/m².
2. Prvi idealni polarizator
Rješenje
Od 100 W/m² nepolarizirane svjetlosti u prosjeku ostaje 50 W/m².
3. Analizator pod kutom 90°
Rješenje
Za idealni sustav I = I₀ cos²90° = 0.