Polarizācija
Polarizācija ir šķērsviļņu īpašība. Gaismai tā apraksta elektriskā lauka virziena izmaiņas plaknē, kas ir perpendikulāra izplatīšanās virzienam. Tā pati par sevi nemaina frekvenci un nav vienkārši vēl viena krāsas īpašība.
Polarizācija parāda gaismas šķērsenisko dabu
Nepolarizētā gaismā nav viena ilgstoši privileģēta elektriskā lauka virziena. Lineāri polarizētā gaismā lauks svārstās noteiktā šķērsvirzienā. Fakts, ka gaismu var lineāri polarizēt, ir svarīgs pierādījums elektromagnētiskā viļņa šķērseniskajai dabai.
Papildus lineārai polarizācijai pastāv cirkulāra un eliptiska. Tās rodas no divām savstarpēji perpendikulārām lauka komponentēm ar atbilstošu amplitūdu un fāžu attiecību, tādēļ polarizācijas stāvokli nosaka ne tikai virziens, bet arī relatīvā fāze.
Polarizators izvēlas vienu svārstību asi
Ideāls lineārais polarizators izlaiž elektriskā lauka komponenti gar savu caurlaidības asi un apspiež perpendikulāro komponenti.
Reāls polarizators nav ideāls: neliela nevēlamās komponentes daļa var iziet cauri, un transmisija pa galveno asi var būt mazāka par vienu. Kvalitāti bieži raksturo dzēšanas attiecība.
Malī likums
Lineāri polarizētam laukam analizators izlaiž E = E₀ cos θ. Tā kā intensitāte ir proporcionāla E², Malī likums ir I = I₀ cos²θ. Nepolarizēta gaisma pēc pirmā ideālā polarizatora vidēji dod I = I_in/2.
I = I₀ cos²θ
Malī likuma izpēte
Malī likums jāpiemēro gaismai, kas pirms analizatora jau ir lineāri polarizēta. Nepolarizētai ieejai vispirms jāņem vērā vidējais koeficients 1/2. Vairākiem analizatoriem cos² koeficientu lieto secīgi.
Fāzes plāksnes nedarbojas kā vienkāršs polarizators. Tās rada kontrolētu fāzes aizturi starp divām perpendikulārām komponentēm un var pārvērst lineāru polarizāciju cirkulārā vai eliptiskā. Pilnam stāvokļa aprakstam vajadzīgas gan amplitūdas, gan relatīvā fāze.
Atstarošanās arī var polarizēt gaismu
Atstarojoties no dielektriskas virsmas, s un p komponentes neatstarojas vienādi. Brūstera leņķī ideālā modelī atstarotā p komponente izzūd, tāpēc atstarotā gaisma ir stipri lineāri polarizēta: tan θ_B = n₂/n₁.
tan θB = n₂/n₁
Brūstera leņķī nepazūd visa atstarotā gaisma. Ideāli nulle kļūst tikai p komponente, bet s komponente paliek. Tad atstarotais un lauztais stars ir savstarpēji perpendikulāri.
Trīs pārbaudes pirms Malī likuma lietošanas
Pirms aprēķina pārbaudiet: (1) vai ieejošā gaisma jau ir lineāri polarizēta vai nepolarizēta; (2) attiecībā pret kuru asi mēra θ; (3) vai I₀ ir intensitāte tieši pirms analizatora. Tas novērš biežās 1/2 un cos²θ kļūdas.
Polarizācijas filtrus izmanto atspīdumu mazināšanai, spriegumu analīzei, displejos un optiskos mērījumos. Visos gadījumos tiek kontrolēta elektriskā lauka orientācija un fāze, nevis fotona enerģija.
Atrisināti piemēri
1. Analizators 60°
Lineāri polarizēta gaisma ar I₀ iet caur analizatoru, kas pagriezts par 60°.
Risinājums
I/I₀ = cos²60° = 0,25.
2. Pirmais ideālais polarizators
Nepolarizēta gaisma ar 80 W/m² iet caur ideālu polarizatoru.
Risinājums
Vidējā izejas intensitāte ir 40 W/m².
3. Otrais analizators
Pēc pirmā polarizatora I = 40 W/m², otrais ir 30°.
Risinājums
I = 40 cos²30° = 30 W/m².