Quantum Entanglement: A Deep Dive

Światło jako fala przenikająca i co to jest "polaryzacja"

Światło jest falą elektromagnetyczną przenikającą – jej pole elektryczne dr oscillates prostopadle do kierunku rozchodzenia się. Oświetlenie domowe lub wyładowania świetlne są niepolaryzowane – kierunek oscylacji pola elektrycznego zmienia się losowo, wielokrotnie na sekundę, bez preferowanego ułożenia. Polaryzacja światła oznacza filtrowanie, odbicie lub rozpraszanie go tak, aby końce pól elektrycznych oscylowały wzdłuż pojedynczej, zdefiniowanej osi (polaryzacja liniowa), albo śladem koła lub elipsy podczas propagacji (polaryzacja okręgowa i eliptyczna).

Zjawisko polaryzacji jest wykorzystywane do różnych celów, np. w filtrach polaryzacyjnych, które przepuszczają światło o określonym kierunku oscylacji pola elektrycznego, a blokują światło o innym kierunku.

Prawo Malusa: cosinus-kwadrat, a nie cosinus

Polaryzator liniowy przesyła jedynie składową pola elektrycznego zbiegną z osi transmisji. Jeśli światło polaryzowane o natężeniu I₀ uderza w drugi polaryzator (analizator) pod kątem θ do pierwszego, to tylko składowa pola E₀cos θ przechodzi przez niego – a ponieważ natężenie jest proporcyjne do kwadratu pola, natężenie przesyłane obeys prawo cosinus-kwadrat, a nie prosty cosinus:

I(θ) = I₀ · cos²(θ) (Prawo Malusa, 1808) θ = 0° → I = I₀ (w pełni ustawione, cały światło przechodzi) θ = 45° → I = I₀ / 2 θ = 90° → I = 0 (przeciwnie ustawione polaryzatory, całkowicie zablokowane) Dwa przeciwnie ustawione polaryzatory (θ = 90°) blokują całe światło w idealnym przypadku – podstawa ekranów LCD, testowanie polaroid wzajemnie i niezliczonych demonstracji optycznych. Étienne-Louis Malus odkrył ten efekt w 1808 roku podczas obserwacji światła słonecznego odbitego od okien przez kryształ kalcytowy, co również doprowadziło go do odkrycia następnego zjawiska.

I(θ) = I₀ · cos²(θ)         (Malus's law, 1808)

θ = 0°   → I = I₀     (fully aligned, all light passes)
θ = 45°  → I = I₀ / 2
θ = 90°  → I = 0      (crossed polarizers, fully blocked)

Kąt Brewstere'a: polaryzacja wyłącznie odbiciem

Niesprężone światło uderzające w powierzchnię dielektryczną (szkło, woda) odbija się z dwoma komponentami polaryzacji – równoległą i prostopadłą do płaszczyzny padania – z różną wydajnością, opisane przez równania Fresnela. Przy jednym konkretnym kącie, kącie Brewstere’a, współczynnik odbicia dla komponenty równoległej spada dokładnie do zera, co oznacza, że strumień odbity jest w całości prostopadły do polaryzacji:

θ_B = arctan(n₂ / n₁) (Kąt Brewstere’a, 1815) dla powietrza → szkła (n₁=1, n₂≈1.5): θ_B ≈ 56.3° przy θ_B: promień odbity ⊥ promień załamanego dokładnie (90° między nimi) Dlatego też, polaryzowane okulary przeciwsłoneczne eliminują odblaski odbijane od wody i dróg – te odblaski są silnie polaryzowane przez odbicie o kącie zbliżonym do Brewstere’a, a polaryzator skierowany w celu zablokowania tego osi usuwa większość z nich, prawie nie przyciemniając reszty.

θ_B = arctan(n₂ / n₁)      (Brewster's angle, 1815)

for air → glass (n₁=1, n₂≈1.5):  θ_B ≈ 56.3°
at θ_B: reflected ray ⊥ refracted ray exactly (90° between them)

Cirkularyzacja, eliptyzacja i dwójrzędność optyczna

Połącz dwie prostopadłe fale liniowe o przesunięciu fazowym o 90° i równej amplitudzie, a wektor pola wynikowy będzie śledzić okrąg zamiast linii podczas propagacji – polaryzacja cirkularyzacyjna; nierówna amplituda lub inne przesunięcie fazowe będą śledzić elipsę. Płyty falowe (połowfalowe i dwójrzędne) tworzą to, wykorzystując dwójrzędność: niektóre kryształy (kalcyt, kwarc) mają indeks refrakcji zależny od kierunku polaryzacji światła, co powoduje, że dwie prostopadłe składowe poruszają się z różną prędkością przez tę samą fizyczną grubość, budując dokładnie przesunięcie fazowe potrzebne do przekształcenia światła liniowego w okrągły lub odwrotnie.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Light Polarization i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.