Polarisasi

Polarisasi menunjukkan sifat transversal cahaya

Cahaya tak terpolarisasi bukan berarti “tidak memiliki arah medan listrik”. Arah osilasi transversal berubah sepanjang waktu tanpa satu sumbu tetap yang diutamakan. Cahaya terpolarisasi linear memiliki arah osilasi tertentu. Saat cahaya merambat, E⃗ tegak lurus arah rambat; polarisasi menyatakan arah di bidang transversal itu. Pada gelombang elektromagnetik, medan magnet juga berosilasi transversal dan tegak lurus terhadap medan listrik serta arah rambat, tetapi optika polarisasi biasanya mendefinisikan arah polarisasi dari E⃗. Gelombang longitudinal seperti bunyi biasa dalam fluida ideal tidak memiliki kebebasan transversal yang sama sehingga tidak dapat diseleksi dengan polarisator berputar melalui mekanisme identik.

Polarisator memilih satu sumbu osilasi

Polarisator linear ideal hanya meneruskan komponen medan listrik yang sejajar sumbu transmisinya. Untuk cahaya yang benar-benar tak terpolarisasi, semua arah transversal muncul sama secara rata-rata, sehingga polarisator ideal pertama memberi I = I_unpol/2. Setelah itu cahaya sudah terpolarisasi linear, jadi faktor 1/2 tidak diterapkan lagi secara otomatis pada setiap polarisator. Faktor 1/2 pada polarisator pertama juga dapat diturunkan dari proyeksi. Amplitudo pada satu sumbu adalah E=E₀cosθ dan intensitas sebanding dengan kuadrat amplitudo; rata-rata untuk semua arah acak memberi ⟨cos²θ⟩=1/2. Perataan ini hanya diterapkan pada masukan yang belum terpolarisasi.

Hukum Malus

Untuk cahaya yang sudah terpolarisasi linear dengan intensitas I₀, jika sumbu analisator membentuk sudut θ terhadap arah polarisasi maka I = I₀ cos²θ. Pada θ = 0° transmisi ideal maksimum, sedangkan pada 90° nol. Jika I₀ sudah menyatakan intensitas setelah polarisator pertama, jangan mengalikan 1/2 lagi. Kuadrat dalam hukum Malus bukan koreksi empiris: amplitudo medan listrik diproyeksikan sekali, lalu dikuadratkan untuk memperoleh intensitas. Menulis I∝cosθ akan mencampur amplitudo dan aliran energi. Dua polarisator ideal yang bersilang memberi nol, tetapi menempatkan polarisator ketiga di antaranya dapat menghasilkan transmisi tak nol karena proyeksi terjadi bertahap.

Pemantulan juga dapat memolarisasi cahaya

Pemantulan dari permukaan nonlogam sering lebih kuat untuk satu arah polarisasi; itulah sebabnya kacamata terpolarisasi mengurangi silau dari jalan atau air. Pada sudut Brewster, sinar pantul dan bias saling tegak lurus dan secara ideal cahaya pantul terpolarisasi penuh pada satu orientasi. Polarisator nyata menyerap dan menghamburkan cahaya serta memiliki rasio pemadaman terbatas. Pengurangan silau dengan polarisasi bukan sekadar menggelapkan semua cahaya. Filter secara selektif menekan komponen polarisasi yang dominan pada pantulan sambil mempertahankan lebih banyak komponen lain. Selektivitas inilah yang membedakannya dari filter abu-abu netral biasa.

Tiga pemeriksaan sebelum memakai hukum Malus

Sebelum menghitung, periksa tiga hal: apakah cahaya yang masuk ke elemen sekarang sudah terpolarisasi, ke mana arah polarisasinya tepat sebelum analisator, dan apakah θ benar-benar sudut antara arah itu dengan sumbu transmisi. Kesalahan paling umum adalah memakai sudut terhadap arah rambat atau menerapkan faktor 1/2 dua kali. Dalam eksperimen nyata, bedakan arah sumbu transmisi yang ditandai, arah polarisasi medan listrik sesungguhnya, dan transmisi tak ideal setiap elemen. Jika soal memberi intensitas relatif, pastikan tahap mana yang didefinisikan sebagai I₀; jika intensitas absolut, lacak faktor setiap elemen secara berurutan.

Contoh terarah

1. Analisator 60°

Cahaya terpolarisasi linear 80 W·m⁻² mencapai analisator pada 60°.

2. Polarisator ideal pertama

Cahaya tak terpolarisasi ideal 100 W·m⁻² melewati polarisator ideal pertama.

3. Analisator berikutnya

Sesudah polarisator pertama terdapat 60 W·m⁻² cahaya terpolarisasi, lalu analisator pada 30°.