CE ESTE LUMINA POLARIZATĂ? - FIZIC - 2025

Lumina polarizată este radiație electromagnetică care vibrează într-un plan perpendicular pe direcția de propagare. Vibrația într-un plan înseamnă că vectorul câmpului electric al undei de lumină oscilează paralel cu un spațiu cu două componente dreptunghiulare, așa cum este cazul planului de polarizare xy.

Lumina naturală sau artificială este un tren de undă al radiației electromagnetice ale cărui câmpuri electrice oscilează la întâmplare în toate planurile perpendiculare pe direcția de propagare. Când doar o porțiune din radiații este limitată să oscileze într-un singur plan, se spune că lumina este polarizată.

O undă de lumină polarizată vertical într-un plan, deoarece undele de lumină nepolarizate afectează o grătare de polarizare. De Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

O modalitate de a obține lumină polarizată este prin lovirea unei raze de lumină pe un filtru polarizant, care constă dintr-o structură polimerică orientată într-o singură direcție, permițând să treacă doar undele care oscilează în același plan în timp ce restul undelor sunt absorbite. .

Raza de lumină care trece prin filtru are o intensitate mai mică decât raza incidentă. Această caracteristică este o modalitate de a distinge între lumina polarizată și lumina nepolarizată. Ochiul uman nu are capacitatea de a distinge între unul și celălalt.

Lumina poate fi polarizată liniară, circulară sau eliptică, în funcție de direcția de propagare a undei. De asemenea, lumina polarizată poate fi obținută prin procese fizice precum reflecția, refracția, difracția și birefringența.

Lumină polarizată liniar

Când câmpul electric al undei de lumină oscilează constant, descriind o linie dreaptă în plan perpendicular pe propagare, se spune că lumina este polarizată liniar. În această stare de polarizare, fazele celor două componente ale câmpului electric sunt aceleași.

Dacă două unde, polarizate liniar, care vibrează în planuri perpendiculare între ele, sunt suprapuse, se obține o altă undă polarizată liniar. Valul de lumină obținut va fi în fază cu cele anterioare. Două unde sunt în fază atunci când prezintă aceeași deplasare în același timp.

Polarizare liniară, circulară și eliptică. Prin descărcare inductivă. (Https://commons.wikimedia.org)

Lumină polarizată circulară

Undul de lumină al cărui vector de câmp electric oscilează într-un mod circular în același plan perpendicular pe propagare, este polarizat circular. În această stare de polarizare, magnitudinea câmpului electric rămâne constantă. Orientarea câmpului electric este în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic.

Câmpul electric al luminii polarizate descrie căile circulare cu o frecvență unghiulară constantă ω.

Două unde de lumină polarizate liniar care sunt suprapuse perpendicular între ele, cu o diferență de fază de 90 °, formează o undă de lumină polarizată circular.

Lumină polarizată eliptic

În această stare de polarizare, câmpul electric al undei de lumină descrie o elipsă în întregul plan perpendicular pe propagare și este orientat într-un sens de rotație în sensul acelor de ceasornic sau în sensul acelor de ceasornic.

Suprapunerea a două unde de lumină perpendiculare una cu cealaltă, una cu polarizare liniară și cealaltă cu polarizare circulară și cu o schimbare de fază de 90 °, rezultă o undă de lumină cu polarizare eliptică. Undul luminos polarizat este similar cu cazul polarizării circulare, dar cu magnitudinea câmpului electric variabil.

Reflecție lumină polarizată

Lumina polarizată în reflexie a fost descoperită de Malus în 1808. Malus a observat că atunci când un fascicul de lumină nepolarizată lovește o placă de sticlă transparentă bine lustruită, o parte a luminii este refractată pe măsură ce trece prin placă și cealaltă parte este reflectată, formând un unghi de 90 ° între raza refractată și raza reflectată.

Fasciculul luminos reflectat este polarizat liniar prin oscilarea într-un plan perpendicular pe direcția de propagare, iar gradul său de polarizare depinde de unghiul de incidență.

Unghiul de incidență prin care fasciculul luminos reflectat este polarizat complet se numește unghiul Brewster (θ _B )

Lumina polarizată de refracție

Dacă un fascicul nepolarizat de lumină este incident cu un unghi Brewster (θ _B ) pe o stivă de plăci de sticlă, unele dintre vibrațiile perpendiculare pe planul de incidență sunt reflectate de la fiecare dintre plăci, iar restul vibrațiilor sunt refractate.

Rezultatul net este că toate grinzile reflectate sunt polarizate în același plan în timp ce grinzile refractate sunt parțial polarizate.

Cu cât este mai mare numărul suprafețelor, raza refractată va pierde tot mai multe oscilații perpendiculare pe plan. În cele din urmă, lumina transmisă va fi polarizată liniar în același plan de incidență ca lumina nepolarizată.

Răspândire lumină polarizată

Lumina care cade pe particule mici suspendate într-un mediu este absorbită de structura sa atomică. Câmpul electric indus în atomi și molecule are vibrații paralele cu planul de oscilație a luminii incidente.

De asemenea, câmpul electric este perpendicular pe direcția de propagare. În timpul acestui proces, atomii emit fotoni de lumină care sunt deviați în toate direcțiile posibile.

Fotonii emiți constituie un set de valuri de lumină împrăștiate de particule. Porțiunea de lumină împrăștiată perpendicular pe raza de lumină incidentă este polarizată liniar. Cealaltă porțiune de lumină împrăștiată în direcția paralelă nu este polarizată, restul luminii împrăștiate de particule este parțial polarizată.

Împrastierea particulelor cu o dimensiune comparabilă cu lungimea de undă a luminii incidente se numește împrăștiere Rayleigh. Acest tip de împrăștiere face posibilă explicarea culorii albastre a cerului sau a culorii roșii a apusului.

Împrastierea razei are o dependență invers proporțională cu a patra putere a lungimii de undă (1 / λ ⁴ ).

Birefringență lumină polarizată

Birefringența este o proprietate caracteristică a unor materiale precum calcita și cuarțul care au doi indici de refracție. Lumina polarizată birefringentă se obține atunci când o rază de lumină cade pe un material birefringent, care se separă într-o rază reflectată și două raze refractate.

Dintre cele două raze refractate, unul se abate mai mult decât celălalt, oscilând perpendicular pe planul de incidență, în timp ce celălalt oscilează paralel. Ambele raze ies din material cu polarizare liniară în planul incidenței.

Referințe

1. Goldstein, D. Lumină polarizată. New York: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA și White, H E. Fundamentele opticii. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A și Teich, M C. Fundamentele fotonicii. Canada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. Optică modernă. Canada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF și Huffman, D R. Absorbția și împrăștierea luminii de particule mici. Canada: Jhon Wiley & Sons, 1998.