PL 
EnglishDomyślny
Українська🔮 Polaryzacja światła
Poznaj prawo Malusa, kąt Brewstera, falowy obraz polaryzacji (liniowej, kołowej, eliptycznej) i dwójłomność — interaktywnie, z równaniami Fresnela i wykresami natężenia na żywo.
O tej symulacji
Ta symulacja modeluje sposób, w jaki światło oddziałuje z filtrami polaryzacyjnymi, granicami ośrodków dielektrycznych i kryształami dwójłomnymi. W trybie prawa Malusa niespolaryzowane światło traci połowę natężenia po przejściu przez pierwszy polaryzator, a każdy kolejny polaryzator osłabia wiązkę zgodnie z I = I₀·cos²θ, gdzie θ to kąt między osiami transmisji. Tryb Brewstera rozwiązuje pełne równania Fresnela dla współczynnika odbicia światła spolaryzowanego s i p na granicy szkła, wyznaczając kąt, przy którym odbite światło jest czysto spolaryzowane s. Widok fali animuje poprzeczne pole elektryczne, aby odróżnić stany liniowy, kołowy i eliptyczny, a tryb dwójłomności rozkłada padającą falę na składowe osi szybkiej i wolnej, po czym łączy je ponownie po opóźnieniu fazowym Γ wprowadzonym przez płytkę falową.
🔬 Co pokazuje symulacja
Cztery powiązane zjawiska optyczne: transmisję zgodną z prawem Malusa przez do trzech obracanych polaryzatorów, odbicie/transmisję pod kątem Brewstera obliczane z równań Fresnela, oscylujące poprzeczne pole E światła liniowego/kołowego/eliptycznego/niespolaryzowanego oraz sposób, w jaki dwójłomna płytka falowa zmienia stan polaryzacji, opóźniając jedną oś względem drugiej.
🎮 Jak korzystać
Przełączaj się między zakładkami Prawo Malusa, Brewster, Widok fali i Dwójłomność. W zakładce Prawo Malusa przeciągaj suwaki kątów Polaryzatora 1/2/3 (0–180°) lub włącz trzeci polaryzator i wypróbuj gotowe zestawy: Równoległe, Skrzyżowane, 45° i Magiczny środkowy. W trybie Brewstera przeciągnij suwak kąta padania (0–89°) i wybierz ośrodek (szkło, woda, diament), aby znaleźć θ_B = arctan(n₂/n₁). W Widoku fali wybierz rodzaj polaryzacji i dostosuj amplitudę, przesunięcie fazowe δ oraz kąt polaryzacji. W Dwójłomności wybierz typ płytki (λ/2, λ/4, λ, niestandardowa), a następnie dostosuj suwaki Opóźnienie Γ i Kąt osi szybkiej.
💡 Czy wiesz, że…
Zestaw „Magiczny środkowy” umieszcza trzeci polaryzator między dwoma skrzyżowanymi — zamiast blokować całe światło (jak zrobiłyby to same dwa skrzyżowane polaryzatory), środkowy filtr obraca oś polaryzacji w dwóch mniejszych krokach cos²θ, przepuszczając światło. Ten nieintuicyjny wynik to ulubiona demonstracja na uniwersyteckich kursach optyki.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest prawo Malusa i jak ma tu zastosowanie?
Prawo Malusa mówi, że gdy spolaryzowane światło o natężeniu I₀ przechodzi przez idealny polaryzator, którego oś transmisji jest ustawiona pod kątem θ względem kierunku polaryzacji światła, natężenie przechodzącego światła wynosi I = I₀·cos²θ. W symulacji niespolaryzowane światło najpierw traci połowę natężenia, przechodząc przez Polaryzator 1 (ponieważ wiązka niespolaryzowana nie ma preferowanej osi), a każdy kolejny polaryzator stosuje się do cos²θ w zależności od różnicy kąta względem poprzedniego. Ustawienie trzech polaryzatorów pozwala zobaczyć to mnożące osłabienie zachodzące dwukrotnie z rzędu.
Dlaczego światło znika między skrzyżowanymi polaryzatorami, ale pojawia się ponownie z trzecim?
Dwa polaryzatory ustawione względem siebie pod kątem 90° (skrzyżowane) nie przepuszczają światła, ponieważ cos²(90°) = 0. Jeśli jednak wstawisz między nie trzeci polaryzator pod kątem, powiedzmy, 45°, światło najpierw przechodzi przez obrót o 45° (transmisja cos²45° = 0,5), a następnie kolejny obrót o 45°, aby dotrzeć do końcowej osi 90° (kolejne cos²45° = 0,5), dając łącznie 25% transmisji zamiast 0%. To właśnie zestaw „Magiczny środkowy” w symulacji — każdy pojedynczy krok obraca oś polaryzacji tylko nieznacznie, więc żaden pojedynczy etap całkowicie nie blokuje wiązki.
Czym jest kąt Brewstera i dlaczego odbite światło jest tam w pełni spolaryzowane?
Kąt Brewstera θ_B = arctan(n₂/n₁) to kąt padania, przy którym współczynnik odbicia Fresnela dla światła spolaryzowanego p (pole elektryczne w płaszczyźnie padania) staje się dokładnie zerowy. Przy tym kącie odbija się wyłącznie światło spolaryzowane s (pole elektryczne prostopadłe do płaszczyzny padania), więc odbita wiązka jest czysto spolaryzowana s, mimo że padające światło było niespolaryzowane. Symulacja oblicza zarówno Rs, jak i Rp z dokładnych równań Fresnela i zaznacza moment, gdy kąt padania odpowiada θ_B dla wybranego ośrodka.
Czym różni się polaryzacja liniowa, kołowa i eliptyczna?
Opisują one tor zakreślany przez koniec wektora pola elektrycznego w miarę propagacji fali. Polaryzacja liniowa oscyluje wzdłuż jednej, stałej osi. Polaryzacja kołowa ma dwie ortogonalne składowe o równej amplitudzie z różnicą fazy 90°, więc wektor pola zakreśla okrąg (prawo- lub lewoskrętny, zależnie od znaku tej fazy). Polaryzacja eliptyczna to przypadek ogólny, w którym składowe mają nierówne amplitudy lub różnicę fazy inną niż 90°, zakreślając elipsę. Światło niespolaryzowane nie ma stałej zależności między składowymi — faza i względna amplituda zmieniają się losowo.
Jak płytka falowa (kryształ dwójłomny) zmienia polaryzację?
Kryształ dwójłomny ma różne współczynniki załamania wzdłuż swoich osi „szybkiej” i „wolnej”, więc światło spolaryzowane wzdłuż jednej osi porusza się z inną prędkością niż wzdłuż drugiej. Wprowadza to opóźnienie fazowe Γ między dwiema składowymi, gdy światło opuszcza kryształ. Płytka ćwierćfalowa (Γ = 90°) zamienia polaryzację liniową na kołową (lub eliptyczną); płytka półfalowa (Γ = 180°) odwraca oś polaryzacji, odbijając ją względem osi szybkiej. Symulacja pozwala ustawić opóźnienie bezpośrednio lub wybrać gotowy typ płytki i obracać kąt osi szybkiej, aby zobaczyć wynikowy stan wyjściowy.