Lichtpolarisatietypen, voorbeelden, toepassingen

De Lichtpolarisatie Het is het fenomeen dat optreedt wanneer de elektromagnetische golf die zichtbaar licht vormt, oscilleert in een voorkeursrichting. Een elektromagnetische golf bestaat uit een elektrische golf en een magnetische golf, beide transversaal van de voortplantingsrichting. Magnetische oscillatie is gelijktijdig en onafscheidelijk door elektrische oscillatie en komt voor in wederzijds orthogonale richtingen.

Het licht dat de meeste lichtgevende bronnen uitstoten, zoals de zon of een lamp, is niet-gepolariseerd, wat betekent dat beide componenten: elektrisch en magnetisch, oscilleren in alle mogelijke richtingen, hoewel altijd loodrecht op de richting van de propagatie. 

Maar wanneer er een preferentiële of oscillatierichting van de elektrische component is, is er sprake van een gepolariseerde elektromagnetische golf. Bovendien, als de oscillatiefrequentie zich in het zichtbare spectrum bevindt, is er sprake van gepolariseerd licht.

Vervolgens zullen we de soorten polarisatie en fysische fenomenen zien die gepolariseerd licht produceren.

[TOC]

Polarisatietypen

Lineaire polarisatie

Het diagram van een elektromagnetische golf met lineaire polarisatie wordt getoond. Het elektrische veld oscilleert parallel aan de X -as, terwijl het magnetische veld tegelijkertijd oscilleert naar de elektriciteit maar in de richting en richting. Beide oscillaties staan ​​loodrecht op de voortplantingsrichting Z. Bron: Wikimedia Commons.

Lineaire polarisatie treedt op wanneer het oscillatievlak van het elektrische veld van de lichtgolf een enkele richting heeft, loodrecht op de voortplantingsrichting. Dit vliegtuig wordt volgens de conventie als het polarisatievlak beschouwd.

En de magnetische component gedraagt ​​zich hetzelfde: de richting is loodrecht op de elektrische component van de golf, deze is uniek en staat ook loodrecht op de voortplantingsrichting. 

De bovenste figuur toont een lineair gepolariseerde golf. In het geval wordt de elektrische veldvector parallel aan de x -as oscilleert, terwijl de magnetische veldvector tegelijkertijd naar de elektriciteit oscilleert, maar in de richting en richting en. Beide oscillaties staan ​​loodrecht op de voortplantingsrichting Z.

Het kan schuin linearisatie krijgen als gevolg van de overlapping van twee golven die oscilleren in fase en orthogonale polarisatieplannen hebben, zoals het geval dat wordt getoond in de onderste figuur, die in blauw het oscillatievlak van het elektrische veld in de lichtgolf laat zien.

Kan u van dienst zijn: Senoïde golf: kenmerken, onderdelen, berekening, voorbeeldenDe blauwe golf vertegenwoordigt de oscillatie van het elektrische veld van een elektromagnetische golf met schuine lineaire polarisatie vanwege de overlapping van twee componenten van het gepolariseerde veld lineair in orthogonale vlakken. Bron: Wikimedia Commons.

Cirkelvormige polarisatie

In dit geval heeft de amplitude van de elektrische en magnetische velden van de lichtgolf een constante grootte, maar de richting ervan draait met constante hoeksnelheid in de transversale richting naar de voortplantingsrichting.

De onderste figuur toont de draai van de amplitude van het elektrische veld (in rood). Deze beurt is het resultaat van de som of overlap van twee golven met dezelfde amplitude en lineair gepolariseerd in orthogonale vlakken, waarvan het faseverschil π/2 radialen is. Ze zijn respectievelijk weergegeven in de onderste figuur als respectievelijk blauwe en groene golven.

Cirkelvormige polarisatie. Bron: Wikimedia Commons

De manier om wiskundig te schrijven X En En van het elektrische veld van een golf met Dextrogy -circulaire polarisatie, amplitude Eo en dat verspreidt zich in de richting Z is:

EN = (Ex Je; Hoi J; Ez k) = Eo (cos [(2π/λ) (c t - z)]] Je; Cos [(2π/λ) (c t - z) - π/2] J; 0 k))

In plaats daarvan een golf met Levógira Circulaire polarisatie amplitude Eo Dat propageert in de richting Z Het wordt vertegenwoordigd door:

EN = (Ex Je; Hoi J; Ez k) = Eo (cos [(2π/λ) (c t - z)]] Je, Cos [(2π/λ) (c t - z) + π/2] J, 0 k))

Merk op dat het teken wordt gewijzigd in het faseverschil van een componentgolf En, Wat betreft de component X.

Beide voor de zaak rechtsdraaiend als Levogiro, De magnetische veldvector B Het is gerelateerd aan de elektrische veldvector EN door vectorproduct tussen de eenheidsvector in de voortplantingsrichting en EN, inclusief een schaalfactor gelijk aan de omgekeerde van de snelheid van het licht:

B = (1/c) of_Z ｘ EN

Elliptische polarisatie

Elliptische polarisatie is vergelijkbaar met circulaire polarisatie, met het verschil dat de amplitude van het gebroken veld een ellips beschrijft in plaats van een cirkel.

Kan u van dienst zijn: elliptische sterrenstelsels: vorming, kenmerken, typen, voorbeelden

De golf met elliptische polarisatie is de overlapping van twee lineair gepolariseerde golven in loodrechte vlakken met een vooruitgang of vertraging van π/2 Radianen in de fase van de ene ten opzichte van de andere, maar met de toevoeging dat de amplitude van het veld in elk van de componenten anders is.

Fenomenen als gevolg van lichtpolarisatie

Reflectie

Wanneer een niet -gepolariseerde lichtstraal een oppervlak beïnvloedt, bijvoorbeeld een glas of het oppervlak van het water, wordt een deel van het licht gereflecteerd en gedeeltelijk overgedragen. De gereflecteerde component heeft gedeeltelijke polarisatie, tenzij de incidentie van de straal loodrecht op het oppervlak staat. 

In het specifieke geval dat de hoek van de gereflecteerde straal rechte hoek vormt met de overgedragen straal, heeft het gereflecteerde licht totale lineaire polarisatie, in de normale richting aan het incidentievlak en parallel aan het reflecterende oppervlak. De invalshoek die totale polarisatie door reflectie veroorzaakt, staat bekend als Brewster -hoek.

Selectieve absorptie

Sommige materialen maken de selectieve transmissie mogelijk van een bepaald polarisatievlak van de elektrische component van de lichtgolf. 

Dit is de eigenschap die wordt gebruikt voor de productie van polariserende filters, waarbij een polymeer -gebaseerd polymeer tot de limiet is uitgerekt en uitgelijnd door rooster, verdicht tussen twee glazen vellen wordt over het algemeen wordt gebruikt.

Een dergelijke dispositie werkt als een geleidend rooster dat de elektrische component van de golf langs de striae "kortcircuit" heeft en de doorgang van de transversale componenten naar de polymere fibrado mogelijk maakt. Het overgedragen licht wordt dus gepolariseerd in de dwarsrichting van de gestreepte.

Als u een tweede polariserend filter (de analysator genoemd) in het reeds gepolariseerde licht plaatst, kunt u een sluitereffect verkrijgen.

Wanneer de oriëntatie van de analysator samenvalt met het vlak van polarisatie van het invallende licht, passeert al het licht, maar voor de orthogonale richting is het licht volledig gedoofd.

Voor tussenliggende posities is er een gedeeltelijk licht van licht, waarvan de intensiteit varieert volgens de Malus Law:

I = io cos²(θ).

Kan u van dienst zijn: elektrische veldstroom

Kristallijne birrefringencia

Verplaatsing van licht door birrefringtt glas

Het licht in een vacuüm, zoals elke elektromagnetische golf, verspreidt zich met een snelheid C van ongeveer 300.000 km/s. Maar in een doorschijnende medium zijn snelheid v is een beetje klein. Het quotiënt tussen C En v Het heet brekingsindex van het doorschijnende medium.

In sommige kristallen, zoals calciet, is de brekingsindex anders voor elke polarisatiecomponent. Om deze reden wanneer een lichtstraal een kristal met birrefringence kruist, wordt de straal gescheiden in twee balken met lineaire polarisatie in orthogonale richtingen, zoals gecontroleerd met een polariserend-analyse-filter.

Voorbeelden van lichtpolarisatie

Het licht dat wordt gereflecteerd door het oppervlak van de zee of een meer heeft gedeeltelijke polarisatie. Het licht van de blauwe lucht, maar niet dat van de wolken, is gedeeltelijk gepolariseerd.

Sommige insecten zoals Beetle CEtonia aurerata reflecteert licht met cirkelvormige polarisatie. De lagere figuur toont dit interessante fenomeen, waarin achtereenvolgens het licht dat wordt gereflecteerd door de kever zonder filters kan worden waargenomen, met een rechter polariserend filter en vervolgens met een linker polariserend filter.

Bovendien is een spiegel geplaatst die een beeld produceert met een omgekeerde polarisatietoestand met betrekking tot die van licht dat direct door de kever wordt weergegeven.

Rechter circulaire polarisatie geproduceerd door Cetonia aratrata kever. Bron: Wikimedia Commons.

Lichtgevende polarisatietoepassingen

Polariserende filters worden gebruikt in fotografie om de flitsen te elimineren die worden geproduceerd door het licht dat wordt gereflecteerd door reflecterende oppervlakken zoals water.

Ze worden ook gebruikt om de gloed te elimineren die wordt geproduceerd door het gedeeltelijk gepolariseerde blauwe hemellicht, op deze manier worden foto's met een beter contrast verkregen.

In de chemie, evenals in de voedingsindustrie, een instrument genaamd polarimeter, waardoor de concentratie van bepaalde stoffen die in oplossing in oplossing een rotatie van de polarisatiehoek veroorzaakt, kan meten.

Door bijvoorbeeld gepolariseerd licht te passeren en met behulp van een polarimeter kan de concentratie van suiker in sappen en dranken worden bepaald om te controleren of deze voldoet aan de normen en sanitaire controles van de fabrikant.

Referenties

1. Goldstein, D. Gepolariseerd licht. New York: Marcel Dekker, Inc, 2003.
2. Jenkins, f. NAAR. 2001. Fundamentals of Optics. NY: Hoger onderwijs McGraw Hill.
3. Saleh, Bahaa en. NAAR. 1991. Fundamentals of Photonics. Canada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. 1990000000000000000. Moderne optica. John Wiley & Sons Canada.
5. Bohren, c.F. 1998. Absorptie en dispersie van licht door kleine deeltjes. Canada: John Wiley & Sons.
6. Wikipedia. Elektromagnetische polarisatie. Hersteld van: is.Wikipedia.com