Polariseeritud ja loomulikku valgust. polariseeritud valgust erinevalt füüsilistest

Lained on kahte liiki. Pikisuunalised vibratsioonilistel häirituse paralleelne nende levimise suunast. Näiteks on läbipääsu heli õhus. Ristlaine koosnevad häireid, mis on nurga all 90 ° liikumissuuna. Näiteks laine associated horisontaalselt läbi vee mass põhjustab vertikaalseid Vibratsiooni oma pinnal.

Avastamist

Mitmed salapärane optilist toimet täheldatud keset XVII sajandil, on seletatav, kui polariseeritud ja loomulikku valgust hakkas pidada laine nähtus ja suunas oma vibratsiooni avastati. Esimene nn polarisatsiooni mõju avastati Taani arst Erasmus Bartholin 1669. Teaduslikud täheldatud Kaksikmurdumise või birefringence Islandi peele või kaltsiumi (kristallivormis kaltsiumkarbonaati). Kui valgus läbib kaltsiit kristalli lõheneb seda, andes tulemuseks kaks kujutist nihutatakse üksteise suhtes.

Newton teada selle nähtuse ning soovitab, et võib-olla kerge vereliblede on asümmeetria või "ühepoolne", mis võiks olla põhjuseks moodustatakse kaks pilti. Huygens, kaasaegne Newton sai selgitada tema teooria topelt murdumise elementaarne lained, kuid ta ei mõista tõelist tähendust mõju. Birefringence jäänud saladuseks kuni Thomas Young ja Prantsuse füüsik Augustin-Zhan Frenel ei soovitanud, et valgus lained on põiki. Lihtne idee on lubatud selgitada, mida polariseeritud ja looduslikud valgust. See sätestatud loomulik ja lihtne raamistiku analüüsimine polarisatsiooni toimet.

Kaksikmurdumisest põhjuseks kombinatsioon kahest ristpolarisatsioone, millest igaüks on oma laine kiirus. Kuna kiiruse erinevus kahe komponendi erinevad murdumisnäitajatega ja seega nad on erinevalt murdub läbi materjali, toodavad kaks pilti.

Polariseeritud ja loomulikku valgust: Maxwell teooria

Fresneli kiiresti välja põhjaliku mudel Ristlaine, mis viis kaksikmurdumisest ja mitmete teiste optiliste efektide. Nelikümmend aastat hiljem elektromagnetilise Maxwelli teooria elegantselt selgitab põiki valguse olemusest.

Elektromagnetlaineid Maxwell koosneb magnet- ja elektrivälja risti vahelduvaid liikumist. Väljad on nurga 90 ° üksteisele. Sel juhul levimise suunast magnetvälja ja elektrivälja moodustavad paremakäeline koordinaatide süsteemi. Suhe laine sagedusega f ja pikkus λ (need on seotud sõltuvuse λf = c), mis liigub positiivses x suunas, väljad on matemaatiliselt kirjeldada:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ - 2 π ft) y ^;
• B (x, t) = B ₀ cos (2 π x / λ - 2 π ft) z ^.

Võrrandid näitavad, et elektri- ja magnetväljade on üksteisega faasis. Igal ajahetkel nad samaaegselt saavutada nende maksimaalne väärtuste ruumi võrdne E ₀ ja B _0. Need amplituudide ei ole sõltumatud. Maxwelli võrrandid näitavad, et E ₀ = CB ₀ iga elektromagnetlaineid vaakumis.

polarisatsioonist

Kirjelduses orientatsiooni magnet- ja elektrivälja valguse lained on tavaliselt ainult näitavad suunda elektrivälja. Magnetväli vektor määratakse nõude ristseisu väljad ja nende ristseisu suunas liikumist. Looduslikud ja lineaarselt polariseeritud valguse iseloomustab see, et viimases valdkonnas võnkuma fikseeritud suundades liikumist laine.

On ka teisi võimalikke polarisatsiooni riikides. Juhul ümmarguse vektorid magnet- ja elektriväljade suhtes pööramisega levimisel suunas konstantse amplituudiga. Elliptiliselt polariseeritud valgus on vahepealses asendis lineaarsete ja ümarad polarisatsiooniga.

mittepolariseeritud valgust

Aatomit pinnal kuumutatud hõõgniidi, mis tekitavad elektromagnetiline kiirgus, on üksteisest sõltumatult. Iga kiirguse saab ligikaudselt modelleeritakse rongide lühiajaline 10. ^-9 kuni 10 ^-8 sekundit. Elektromagnetlaineid filamentide, on superpositsioon need rongid, millest igaüks on oma polarisatsiooni. Summa orienteeritud juhuslikult treenib vormid laine polarisatsioonivektor suur kiiresti ja korrapäratult. Selline laine nimetatakse mittepolariseeritud. Kõik looduslikud valgusallikad sealhulgas Sun, hõõglamp, luminofoorlambid ja tuld, toota näiteks kiirguse. Kuid loomulik valgus on sageli osaliselt polariseeritud tõttu mitu hajumise ja peegeldus.

Seega erinevus looduslikest polariseeritud valguse seisneb asjaolus, et esimeses võnkumiste esineda ühel tasapinnal.

Allikad polariseeritud kiirguse

Polariseeritud valgus saab toota, kui ruumiline orientatsioon määratud. Üheks selliseks näiteks on sünkrotron- kiirgusel, milles suure energiaga laetud osakesed liiguvad magnetväljas ja eritavad polariseeritud elektromagnetiliste lainete. Seal on palju tuntud astronoomilised allikatest, mis paiskavad õhku loomulikult polariseeritud valgust. Nendeks udukogud, supernoova jäänused ja aktiivsete galaktikate tuumade. kosmilise kiirguse polarisatsiooni uuritakse selleks, et määrata kindlaks omadused oma allikaid.

polaroid filter

Polariseeritud ja loomulikku valgust on eraldatud läbib mitmeid materjale, kõige tavalisem on polaroid, mis on loodud American füüsik Edwin Land. Filtrit koosneb pikkade ahelatega süsivesiniku molekulid orienteeritud ühes suunas kuumtöötlemisprotsessil. Molekuli neelab selektiivselt kiirgust, elektrivälja on paralleelne nende suunda. Valgus Jättes Polariseerija lineaarpolariseeritud. Selle elektrivälja risti molekulaarse orientatsiooni. Polaroid on leidnud rakendust paljudes valdkondades, sealhulgas päikeseprillid ja filtrid, mis vähendavad mõju kajastub ja hajutatud valguse.

Looduslikud ja polariseeritud valgust: seadus Malus

1808, füüsik Etienne Louis Malus leiti, et peegelduva valguse mittemetallilised pinnad, osaliselt polariseeritud. Ulatus see efekt sõltub langemisnurga ja murdumisnäitaja helkurriba. Ühes äärmuslikel juhtudel, kui tangens langemisnurga õhus on võrdne murdumisnäitaja helkurriba, peegelduva saab täiesti lineaarpolariseeritud. See nähtus on tuntud kui Brewsteri seadus (nime oma avastaja, Šoti füüsik David Brewster). Polarisatsioonist paralleelsed peegelpind. Kuna fluorestseeruvat pimestamise tavaliselt esineda peegeldumine horisontaalpinnad nagu teede ja Tarbeveefiltrid kasutatakse tavaliselt päikeseprille jääda horisontaalselt polariseeritud valgust ning seetõttu selektiivselt eemaldada peegelduste valgust.

Rayleigh hajumise

Valguse hajumise väga väikeste objektide, mille mõõtmed on palju väiksemad kui lainepikkus (nn Rayleigh 'hajumine pärast inglise teadlane Lord Rayleigh), loob ka osalise polarisatsiooni. Kui päikesevalgus läbib Maa atmosfääris, see dispegeerida õhumolekulid. Maa ja jõuab hajutatud polariseeritud loomulikku valgust. Polarisatsiooniastet sõltub hajumisnurga. Kuna mees ei erista looduslikud ja polariseeritud valgust, see efekt tavaliselt märkamata. Siiski silmis palju putukaid reageerida sellele ja nad kasutavad suhtelist polarisatsioon hajutatud kiirgus navigatsiooni vahend. Tavaline filter kaamera, mida kasutatakse, et vähendada taustkiirgus eredas päikesevalguses, on lihtne lineaarne polariseerija eraldab polariseeritud valgust ja looduslikud Rayleigh.

anisotroopne materjalide

Polarisatsiooni toimet täheldatakse optiliselt anisotroopne materjale (kus murdumisnäitajat varieerub suunas polarisatsiooni) nagu kaksikmurdvatest kristallidest, mõned bioloogilisi struktuure ja optiliselt aktiivsed materjalid. Tehnoloogiliste rakenduste hulka fotoaparaadid, vedelkristallkuvarite ja optikaseadmete kasutatud materjalide uurimiseks.