Polarizáció

A polarizáció a fény transzverzális jellegét mutatja

A polarizálatlan fényben az elektromos térnek nincs kitüntetett tartós transzverzális iránya. Lineárisan polarizált fényben a tér egy meghatározott tengely mentén rezeg. Az, hogy a fény lineárisan polarizálható, fontos bizonyítéka az elektromágneses hullám transzverzális természetének.

A lineáris mellett kör- és elliptikus polarizáció is létezik. Ezek két egymásra merőleges mezőkomponens megfelelő amplitúdó- és fázisviszonyából jönnek létre. A polarizációs állapotot ezért nemcsak az irány, hanem a komponensek relatív fázisa is meghatározza.

A polarizátor egy rezgési tengelyt választ ki

Az ideális lineáris polarizátor az elektromos térnek a transzmissziós tengellyel párhuzamos komponensét engedi át, a merőleges komponenst elnyomja.

Valós polarizátor nem tökéletes: a nem kívánt komponens kis része átjuthat, a főtengely menti transzmisszió pedig lehet kisebb egynél. A minőséget gyakran kioltási aránnyal jellemzik. Bevezető feladatokban ezt elhanyagoljuk, laborban azonban mérhető lehet.

Malus törvénye

Lineárisan polarizált bemeneti térnél az ideális analizátor E = E₀ cos θ amplitúdót enged át. Mivel az intenzitás E²-tel arányos, Malus törvénye: I = I₀ cos²θ. Polarizálatlan fény első ideális polarizátora átlagosan I = I_in/2 intenzitást ad.

Malus törvénye az analizátor elé érkező, már lineárisan polarizált fényre alkalmazandó. Polarizálatlan bemenetnél előbb az első ideális polarizátor 1/2 átlagos tényezőjét kell figyelembe venni. Több analizátornál a cos²-tényezőt lépésenként kell alkalmazni az aktuális polarizációs tengelyhez képest.

A fázislemezek nem egyszerűen egy tengelyt választanak ki, mint a polarizátor. Két merőleges komponens között szabályozott fáziskésést hoznak létre, ezért lineáris polarizációt kör- vagy elliptikus polarizációvá alakíthatnak. A teljes állapothoz az amplitúdó és a fázis is szükséges.

A visszaverődés is polarizálhat fényt

Dielektromos felületről való visszaverődéskor az s- és p-komponens eltérően verődik vissza. Brewster-szögnél az ideális modellben a visszavert p-komponens eltűnik, így a visszavert fény erősen lineárisan polarizált. tan θ_B = n₂/n₁.

Brewster-szögnél nem tűnik el az összes visszavert fény. Ideális esetben csak a p-komponens lesz nulla, az s-komponens megmarad. Ekkor a visszavert és megtört sugár egymásra merőleges, ami geometriai ellenőrzést ad.

Három ellenőrzés Malus törvénye előtt

Számolás előtt tisztázza: (1) a beeső fény már lineárisan polarizált vagy még polarizálatlan; (2) melyik tengelyhez képest mérjük θ-t; (3) I₀ közvetlenül az analizátor előtti intenzitást jelenti-e. Ez megelőzi a leggyakoribb 1/2 és cos²θ hibákat.

Polarizációs elemeket tükröződéscsökkentésre, feszültségoptikai vizsgálatokra, kijelzőkben és precíziós mérésekben használunk. Közös alapjuk az elektromos tér irányának és fázisának szabályozása, nem a foton energiájának megváltoztatása.

Kidolgozott példák

1. Analizátor 60°-nál

I₀ intenzitású lineárisan polarizált fény 60°-kal elfordított analizátoron halad át.

2. Első ideális polarizátor

80 W/m² intenzitású polarizálatlan fény ideális polarizátoron halad át.

3. Második analizátor

Az első polarizátor után I = 40 W/m², a második analizátor 30°-os.