Polarizacja Światła: Zasada Malusa i Znikająca Strumieniowość

Słoneczny światło oscyluje w bok, a nie po kierunku jego drogi

Słoneczne światło jest falą elektryczno-magnetyczną transwersalną: pol pole elektryczne oscyluje pionowo do kierunku ruchu światła, a nie w tym samym kierunku. Ponieważ istnieje nieskończenie wiele kierunków pionowych względem danej linii ruchu, to pol pole elektryczne może mieć dowolny kierunek w płaszczyźnie pionowej względem strumienia światła. Słoneczne światło z natury lub światło z bulbów incandescencyjnych emite są chaotycznym, szybko zmieniającym się miksowaniem wszystkich możliwych orientacji — światło niepolarizowane. Słoneczne światło, którego pol pole elektryczne oscyluje w jednym ustalonem kierunku (lub rysuje ustalony, powtarzający się wzór, na przykład okrąg), nazywane jest polarizowanym.

Polarizator zbudowany jest z cząsteczek wielokropek skierowanych w jednym kierunku, które absorbują komponent pola elektrycznego równoległy do tych ciałek i pozwalają na przepuszczenie pionowego komponentu prawie niezmienniczonym. Prześlijmy niepolarizowane światło przez jeden idealny polarizator, a średnio dokładnie połowa jego siły przeżyje, wszystkie teraz oscylując w jednym osiowym kierunku polarizatora — każdy kierunek został zmniejszony do jednego.

Zakon Malusa: drugi polaryzator wykonuje interesującą część

Po tym, jak światło jest polaryzowane, drugi polaryzator (tradycyjnie nazywany analitykiem), którego osia przepuszczenia leży pod kątem θ do pierwszego, już nie blokuje ani nie przechowuje go całkowicie. Przejdzie tylko komponent pola elektrycznego, który odbija się na osi drugiego polaryzatora, a ponieważ intensywność zależy od kwadratu amplitudy pola, natężenie przesłanego światła obserwuje prawo cosinus-zquared wykryte przez Étienne-Louis Malusa w 1808 roku:

Zakon Malusa: I(θ) = I_0 * cos^2(θ) θ = 0 -> I = I_0 (osie są zgodne, wszystko przechodzi) θ = 45° -> I = I_0 / 2 θ = 90° -> I = 0 (polaryzatory przecięte, żadnego światła) Dwa polaryzatory z osiami w kącie 90° do siebie —

polaryzatory przecięte

Malus's law:

  I(theta) = I_0 * cos^2(theta)

  theta = 0      ->  I = I_0        (axes aligned, everything passes)
  theta = 45 deg ->  I = I_0 / 2
  theta = 90 deg ->  I = 0           (crossed polarisers, no light at all)

Gdzie polaryzacja występuje w naturze

Refleksja i rozpraszanie preferują polaryzowanie światła. Światło odbijające się od niemetalowych powierzchni, takich jak woda lub szklo, staje się częściowo polaryzowane równolegle do powierzchni, a przy jednym szczególnym kącie — kącie Brewstera, gdzie odbite i przegubowe promienie byliby do siebie prostopadłe — odbite światło staje się całkowicie polaryzowane. Światło nieba również jest polaryzowane, ponieważ światło słońca rozpraszające się w cząsteczkach powietrza (rozpraszanie Rayleigha) tworzy na niebie wzór częściowego polaryzowania najsilniejszy pod kątem 90° do słońca; kilka gatunków ptaków i much można zauważyć ten wzór bezpośrednio i używać go do nawigacji nawet w deszczu, czego oko ludzkie nie jest capable bez pomocy.

Kręcąca się i eliptyczna polaryzacja

Polaryzacja liniowa, w której pole elektryczne oscyluje prostopadłym do siebie kierunkiem, jest tylko najprostszym przypadkiem. Znajdź dwa polarnie polarizowane falowe o równych amplitudach, ustawione prostopadle do siebie i z różnicy fazowej 90°, a w wyniku pole elektryczne opisuje krąg podczas propagacji fali — kręcąca się polaryzacja. Dla dowolnej innej różnicy fazowej lub stosunku amplitudowego, pole elektryczne opisuje elipsę — eliptyczna polaryzacja, ogólny przypadek, z polarnie i kręcącej się polaryzacją jako dwóch specjalnych przypadków. Materiale nazywane platami falowymi, wykonanymi z birefringentnych krystalów, które zwalniają światło różnie w zależności od kierunku polaryzacji, są standardowym narzędziem do konwersji polarnie polarizowanego światła na kręcące się i na odwrót, a są kluczowymi elementami w optice laserowej, okularkach 3D-kina i wielu eksperymentach z optiką kwantową.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Polarisation of Light — Malus's Law & Polarisers i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.