Stupanj polarizacije djelomično polarizirane svjetlosti: definicija, opis i formula

Danas ćemo otkriti suštinu valne prirode svjetla i fenomen povezan s tom činjenicom "stupanj polarizacije".

Sposobnost da se vidi i svjetlo

Priroda svjetlosti i sposobnost da ga vidi dulje se tiče ljudskih umova. Stari Grci, pokušavajući objasniti viziju, predložio: bilo je oko emitira neke „zrake” da „tapka” okolne objekte i na taj način informirati osobu po svom obliku i formi, ili stvari koje sami zračiti nešto što uhvatiti ljude i suca kako stvari funkcioniraju , Ispalo je da su teorije daleko od istine: živa bića vide zahvaljujući reflektiranom svjetlu. Od realizacije ove činjenice do sposobnosti da se izračuna koliko je stupanj polarizacije jednak, postojao je samo jedan korak - razumjeti da je svjetlost val.

Svjetlost je val

Na detaljnijem proučavanju svjetlosti otkriveno je: u nedostatku hendikepa proteže se ravno i ne gasi se nigdje. Ako se na putu zrake pojavi neprozirna prepreka, formiraju se sjene i gdje se sama svjetlost oslobađa, ljudi nisu bili zainteresirani. Ali kada se zračenje sudarilo s prozirnim okolišem, došlo je do nevjerojatnih stvari: zraka je promijenila smjer razmnožavanja i zatamnjela. Godine 1678. H. Huygens je sugerirao da se to može objasniti jedinom činjenicom: svjetlo je val. Znanstvenik je formirao princip Huygens, koji je kasnije dopunio Fresnel. Zahvaljujući onome što danas ljudi znaju odrediti stupanj polarizacije.

Princip Huygens-Fresnel

Prema tom principu, bilo koja točka na medij na kojem je valna fronta je dostigao srednju izvor koherentnog zračenja, a omotnice svih frontova tih točaka služi kao val ispred u sljedećem trenutku. Dakle, ako se svjetlost širi bez smetnji, u svakom sljedećem trenutku prednji val će biti isti kao u prethodnom. No, vrijedno je da zraka zadovolji prepreku, kao što drugi faktor dolazi u igru: u različitim okolinama svjetlost se širi s različitim brzinama. Dakle, taj foton, koji je prvi uspio doći do drugog medija, proširio bi se u njemu brže od posljednjeg fotona iz grede. Posljedično, prednja strana će se savijati. Stupanj polarizacije ovdje nema nikakve veze s njom, ali razumijevanje ovog fenomena u cjelosti je jednostavno potrebno.

Vrijeme procesa

Treba posebno spomenuti da se sve te promjene događaju nevjerojatno brzo. Brzina svjetlosti u vakuumu je tri stotine tisuća kilometara u sekundi. Svaki medij usporava svjetlost, ali ne mnogo. Vrijeme za koje je prednji dio vala iskrivljen pri prijelazu iz jednog medija na drugi (na primjer, iz zraka u vodu) je izuzetno mali. Ljudsko oko ne može vidjeti ovo, a ne mnogo što uređaj može snimiti takve kratke procese. Dakle, da bi shvatili da je fenomen jasno teorijski. Sada, potpuno svjesni što je zračenje, čitatelj će htjeti razumjeti kako pronaći stupanj polarizacije svjetla? Nećemo obmanjivati ​​njegova očekivanja.

Polarizacija svjetlosti

Iznad smo već spomenuli da u različitim sredinama fotoni svjetlosti imaju različite brzine. Budući da je svjetlost transverzalni elektromagnetski val (ne kondenzacija i rijetkost medija), ona ima dvije glavne karakteristike:

• valni vektor;
• amplituda (također vektorska količina).

Prva karakteristika pokazuje gdje se usmjerava zraka svjetlosti, pa se pojavljuje polarizacijski vektor, odnosno u kojem smjeru se usmjerava vektor intenziteta električnog polja. To omogućuje rotaciju oko valnog vektora. Prirodno svjetlo, na primjer, zračeno Suncem, nema polarizaciju. Oscilacije se distribuiraju u svim smjerovima s jednakom vjerojatnosti, nema odabranog smjera ili slici na kojemu kraj vala vektora oscilira.

Vrste polarizirane svjetlosti

Prije nego što naučite kako izračunati formulu za stupanj polarizacije i izvršiti izračune, vrijedno je razumjeti kakve su polarizirane svjetlosti.

1. Eliptička polarizacija. Kraj valnog vektora takve svjetlosti opisuje elipsu.
2. Linearna polarizacija. Ovo je poseban slučaj prve mogućnosti. Kao što možete vidjeti iz naslova, slika u ovom slučaju je jedan smjer.
3. Kružna polarizacija. Na drugi način, također se naziva kružnim.

Svako prirodno svjetlo može se prikazati kao zbroj dviju međusobno okomitih polariziranih elemenata. Treba imati na umu da dva okomito polarizirana vala ne stupaju u interakciju. Njihova smetnja je nemoguća, jer s gledišta interakcije amplituda ne činiti se postojati jedni za druge. Kada se upoznaju, jednostavno nastave bez promjene.

Djelomično polarizirana svjetlost

Primjena polarizacijskog efekta je ogromna. Usmjeravanjem objekta na prirodno svjetlo i djelomično polariziranim, znanstvenici mogu procijeniti svojstva površine. Ali kako odrediti stupanj polarizacije djelomično polarizirane svjetlosti?

Postoji formula NA. Umov:

P = (I_traka-ja_para) / (I_traka+ja_para), gdje sam_traka Je li intenzitet svjetla u smjeru okomit na ravninu polarizatora ili reflektirajuće površine, i I_para - paralelno. Vrijednost P može uzeti vrijednosti od 0 (za prirodno svjetlo, bez polarizacije) do 1 (za ravnodušno zračenje).

Može li se prirodno svjetlo polarizirati?

Pitanje je na prvi pogled čudno. Uostalom, zračenje, u kojem nema dodijeljenih smjernica, obično se naziva prirodnim. Međutim, za stanovnike Zemljine površine to je u određenoj mjeri aproksimacija. Sunce daje struju elektromagnetskih valova različitih duljina. Ovo zračenje nije polarizirano. No, prolazeći kroz debeli sloj atmosfere, zračenje dobiva zanemarivu polarizaciju. Dakle, stupanj polarizacije prirodnog svjetla kao cjeline nije jednak nuli. No veličina je toliko mala da se često zanemaruje. Uzima se u obzir samo u slučaju preciznih astronomskog izračuna, gdje najmanja pogreška može dodati zvijezdi godina ili udaljenost do našeg sustava.

Zašto svjetlo polarizira?

Iznad smo često rekli da se u različitim okruženjima fotoni ponašaju drugačije. Ali nisu spomenuli zašto. Odgovor ovisi o tome kakav okoliš govorimo, drugim riječima, u kakvom je stanju.

1. Medij je kristalno tijelo s strogo periodičkom strukturom. Obično je struktura takve tvari predstavljena kao rešetka s fiksnim ionskim kuglicama. Ali općenito ovo nije posve točno. Takva aproksimacija često je opravdana, ali ne u slučaju interakcije kristala i elektromagnetskog zračenja. Zapravo, svaki ion oscilira blizu svoje ravnotežne pozicije, a ne kaotično, ali u skladu sa svojim susjedima, na kojim se udaljenosti nalaze i koliko ih. Budući da su sve ove oscilacije strogo programirane krutim medijem, tada emitirani apsorbirani foton emitira ovaj ion samo u strogo definiranom obliku. Ta činjenica potiče na drugu: ono što će biti polarizacija novog fotona, ovisi o smjeru u kojem je ušao u kristal. To se naziva anizotropija svojstava.
2. Medij je tekući. Ovdje je odgovor složeniji jer postoje dva čimbenika - složenost molekula i fluktuacije (kondenzacija-razrjeđivanje) gustoće. Sam po sebi, složene duge organske molekule imaju određenu strukturu. Čak i najjednostavnije molekule sumporne kiseline nisu kaotična kuglasta hrpa, već vrlo specifičan oblik križnog tijela. Druga stvar je da se svi u normalnim uvjetima nalaze kaotično. Međutim, drugi čimbenik (fluktuacija) može stvoriti uvjete u kojima mali broj molekula stvara u malom volumenu nešto poput vremenske strukture. U ovom slučaju, bilo koje molekule će biti su-usmjerene, ili će se nalaziti jedan prema drugome u određenim kutovima. Ako svjetlo u ovom trenutku prolazi kroz takav dio tekućine, dobit će djelomičnu polarizaciju. Dakle, zaključak je da temperatura snažno utječe na polarizaciju tekućine: što je veća temperatura, to je ozbiljnija turbulencija, a više takvih sekcija će se formirati. Posljednji zaključak je zbog teorije samoorganizacije.
3. Medij je plin. U slučaju homogenog plina polarizacija se javlja zbog fluktuacija. Zato prirodno svjetlo Sunca, prolazi kroz atmosferu, dobiva malu polarizaciju. I zato boja neba je plava: prosječna veličina pakiranog elementa je takva da se elektromagnetsko zračenje plavih i ljubičastih boja raspršuje. Ali ako se radi o mješavini plinova, onda je puno teže izračunati stupanj polarizacije. Ove probleme često rješavaju astronomi koji istražuju svjetlost zvijezde koja prolazi kroz gusti molekularni oblak plina. Zato je tako teško i zanimljivo proučavati udaljene galaksije i klastere. Ali astronomi se nose i daju nevjerojatne slike dubokog prostora ljudima.