Polaryzacja

Co znaczy polaryzacja

W liniowo spolaryzowanej fali kierunek pola elektrycznego pozostaje w jednej ustalonej płaszczyźnie. W świetle niespolaryzowanym kierunek ten zmienia się w czasie w sposób, który nie wyróżnia jednej osi w płaszczyźnie poprzecznej.

Polaryzacja nie oznacza zmiany kierunku biegu promienia. Dwie fale mogą poruszać się dokładnie w tę samą stronę, a różnić się stanem polaryzacji.

Polaryzator jako filtr orientacji

Idealny polaryzator liniowy przepuszcza składową pola równoległą do swojej osi transmisji. Składowa prostopadła zostaje usunięta, dlatego za polaryzatorem światło ma określony kierunek polaryzacji.

Dla idealnego światła niespolaryzowanego pierwszy polaryzator daje średnio I = I_unpol/2. Ten czynnik jednej połowy wynika z uśrednienia wszystkich początkowych orientacji pola.

Prawo Malusa

Jeżeli na analizator pada już światło liniowo spolaryzowane o natężeniu I₀, to za idealnym analizatorem I = I₀ cos²θ, gdzie θ jest kątem między kierunkiem polaryzacji a osią analizatora.

Nie należy automatycznie dzielić przez dwa jeszcze raz, jeśli I₀ już opisuje światło spolaryzowane padające na analizator. Najpierw ustal stan światła bezpośrednio przed danym elementem optycznym.

Dwa skrzyżowane polaryzatory

Dla θ = 90° idealne prawo Malusa daje zero natężenia za drugim polaryzatorem. Dla θ = 45° pozostaje połowa natężenia padającego na analizator, bo cos²45° = 1/2.

Wstawienie trzeciego polaryzatora między dwa skrzyżowane może zwiększyć transmisję, ponieważ pierwszy etap tworzy nową składową, którą następny analizator może przepuścić. Nie jest to naruszenie zasady zachowania energii.

Odbicie może polaryzować

Odbicie od dielektryków, takich jak woda czy szkło, zwykle faworyzuje jeden kierunek polaryzacji. To dlatego okulary polaryzacyjne mogą ograniczać odblaski od poziomych powierzchni.

Przy kącie Brewstera promień odbity i załamany są prostopadłe, a odbite światło jest idealnie silnie spolaryzowane w jednym kierunku. Rzeczywiste powierzchnie i materiały nie zachowują się idealnie.

Co ogranicza prosty model

Rzeczywiste polaryzatory mają skończoną transmisję i niezerową przepuszczalność dla blokowanej orientacji. Pomiar może więc nie osiągać dokładnie 0% ani 100%, nawet przy poprawnym ustawieniu osi.

Istnieją także stany kołowe i eliptyczne, których nie opisuje sam jeden kąt liniowej osi. Prawo Malusa jest podstawowym narzędziem dla liniowego analizatora, ale nie pełnym opisem wszystkich stanów polaryzacji.

Przykłady rozwiązane

1. Analizator pod kątem 60°

2. Pierwszy idealny polaryzator

3. Analizator pod kątem 90°