Polarisasjon
Polarisasjon beskriver retningen til svingningen i en tverrbølge. For lys defineres den vanligvis av retningen til det elektriske feltet. Polarisatorer gjør denne retningen målbar og kontrollerbar.
Hva det betyr at lys er polarisert
Polarisasjon viser at elektromagnetiske bølger er tverrbølger. En lineær polarisator slipper gjennom komponenten av det elektriske feltet langs transmisjonsaksen. Upolarisert lys har raskt varierende tverrretninger, mens lineært polarisert lys har en bestemt feltretning.
Langsgående lyd i luft har ikke den samme polarisasjonsfriheten fordi forskyvningen i hovedsak ligger langs utbredelsesretningen.
En ideell lineær polarisator
For upolarisert innkommende lys er middelintensiteten etter den første ideelle polarisatoren I = Iupol/2. For lys som allerede er lineært polarisert, skal denne halvfaktoren ikke brukes på nytt.
En andre polarisator, analysatoren, sammenligner sin akse med den eksisterende polarisasjonsretningen. Parallelle akser gir maksimal transmisjon, mens ideelt kryssede akser gir null.
Malus’ lov
For allerede polarisert lys gjelder I = I₀ cos²θ, der θ er vinkelen mellom polarisasjonsretningen og analysatorens akse. Loven gjelder intensitet; feltamplituden projiseres med cos θ og intensiteten er proporsjonal med kvadratet.
Ved 60° blir intensiteten derfor en fjerdedel av I₀. Ved 90° gir en ideell analysator null, men virkelige polarisatorer har lekkasje, absorpsjon og spredning.
Malus-lov
Refleksjon kan polarisere lys
Refleksjon fra ikke-metalliske flater favoriserer ofte én polarisasjon. Dette er grunnen til at polariserte solbriller kan redusere gjenskinn fra vei og vann. Ved Brewster-vinkelen står den reflekterte og brutte strålen vinkelrett på hverandre.
Polarisasjon ved refleksjon er ikke et tegn på at lys mister sin bølgenatur; det er en seleksjon av feltorienteringer gjennom grenseflatebetingelsene.
Hva modellen ikke sier
Malus’ lov forutsetter at I₀ beskriver lys med en definert polarisasjon før analysatoren. Den sier ikke hvor mye en virkelig polarisator absorberer, og den beskriver ikke direkte sirkulær eller elliptisk polarisasjon uten å dekomponere feltet.
I laboratoriet bør aksenes relative vinkel måles, ikke vinkelen til bordet eller en tilfeldig referanseretning.
Løste eksempler
1. 60° analysator
I₀ = 80 W m⁻² og θ = 60°. Finn I.
Løsning
I = 80 cos²60° = 80(0,25) = 20 W m⁻².
2. Første polarisator
Upolarisert lys har 100 W m⁻². Hva er idealintensiteten etter én polarisator?
Løsning
Middelverdien er halvparten: 50 W m⁻².
3. Kryssede polarisatorer
Lineært polarisert lys møter en ideell analysator ved 90°.
Løsning
cos²90° = 0, så idealmodellen gir I = 0.