Stupeň polarizace částečně polarizovaného světla: definice, popis a vzorec

Dnes odhalíme podstatu vlnové povahy světla a fenoménu spojeného s tímto faktem "stupeň polarizace".

Schopnost vidět a osvětlit

Povaha světla a schopnost vidět to se týkala lidských myslí po dlouhou dobu. Staří Řekové a snažil se vysvětlit vizi, navrhl: buď oko vysílá některé „paprsky“, že „tápání“ okolních objektů, a tím informovat osobu o jejich podobě a formě, nebo věcí, které samy o sobě vyzařuje něco, co zachytit lidi a soudce, jak věci fungují . Teorie se ukázala být daleko od pravdy: živé bytosti vidí díky odraženému světlu. Z této realizaci ke schopnosti zjistit, co je stupeň polarizace, zůstal jeden krok - aby pochopili, že světlo je vlna.

Světlo je vlna

Při podrobnějším studiu světla se zjistilo, že v nepřítomnosti handicapu se rozkládá v přímce a nikde se nevypíná. Pokud vznikne v cestě paprsku neprůhledná překážka, vytvoří se stíny a tam, kde světlo samo odejde, lidé neměli zájem. Ale jakmile se záření srazilo s průhledným prostředím, stalo se úžasné: paprsek změnil směr šíření a stmíval. V roce 1678 H. Huygens navrhl, že to lze vysvětlit jediným faktem: světlo je vlna. Vědec vytvořil princip Huygens, který později doplnil Fresnel. Díky tomu, co dnes lidé vědí, jak určit stupeň polarizace.

Princip Huygens-Fresnel

Podle tohoto principu je jakýkoli bod média, na který vlna dopředu dosáhla, sekundární zdroj koherentního záření a obálka všech front těchto bodů působí jako vlnová fronta v příštím okamžiku. Pokud se světlo šíří bez rušení, v každém dalším okamžiku bude vlnová fronta stejná jako v předchozím. Ale stojí za to, aby paprsek splnil tuto překážku, jelikož se objevuje další faktor: na rozdíl od prostředí se světlo šíří různými rychlostmi. Takže ten foton, který se nejprve dostal do druhého média, se v něm šíří rychleji než poslední foton z paprsku. V důsledku toho se přední část vlny ohne. Stupeň polarizace zde nemá nic společného, ​​ale úplné pochopení tohoto jevu je prostě nezbytné.

Doba zpracování

Za zmínku stojí, že všechny tyto změny se dějí neuvěřitelně rychle. Rychlost světla ve vakuu je tři sta tisíc kilometrů za sekundu. Jakékoli médium zpomaluje světlo, ale není moc. Doba, po kterou je přední strana vlny zkreslena během přechodu z jednoho média na jiný (například ze vzduchu do vody), je velmi malá. Lidské oko to nevidí, a ani to, co zařízení dokáže zaznamenávat takové krátké procesy. Takže pochopit fenomén je čistě teoretický. Nyní, plně si vědom toho, co je záření, čtenář bude chtít pochopit, jak najít stupeň polarizace světla? Nebudeme oklamat jeho očekávání.

Polarizace světla

Dříve jsme již zmínili, že v různých prostředích fotony světla mají různé rychlosti. Vzhledem k tomu, že světlo je příčnou elektromagnetickou vlnou (nikoliv kondenzace a vyfrézování média), má dvě hlavní charakteristiky:

• vlnový vektor;
• amplituda (také vektorové množství).

První charakteristika udává, kde je paprsek světla nasměrován, tak vzniká polarizační vektor, tj. Ve kterém směru je směrován vektor intenzity elektrického pole. To umožňuje otáčení kolem vlnového vektoru. Přirozené světlo, například vyzařované sluncem, nemá žádnou polarizaci. Oscilace jsou rozloženy ve všech směrech se stejnou pravděpodobností, neexistuje žádný zvolený směr nebo postava, podél kterých kmitá konce vlnového vektoru.

Typy polarizovaného světla

Než se naučíte, jak vypočítat vzorec pro stupeň polarizace a provádět výpočty, stojí za to pochopit, jaké druhy polarizovaného světla existují.

1. Eliptická polarizace. Konec vektoru vln takového světla popisuje elipsu.
2. Lineární polarizace. Jedná se o zvláštní případ první možnosti. Jak můžete vidět z názvu, obrázek v tomto případě je jedním směrem.
3. Kruhová polarizace. Jiným způsobem je také nazýván kruhový.

Jakékoliv přirozené světlo může být reprezentováno jako součet dvou vzájemně kolmých polarizovaných prvků. Mělo by se pamatovat na to, že dvě kolmé polarizované vlny nereagují. Jejich rušení je nemožné, protože z pohledu vzájemného působení amplitud se zdá, že neexistují navzájem. Když se setkají, prostě pokračují bez změny.

Částečně polarizované světlo

Aplikace polarizačního efektu je obrovská. Řízením objektu na přirozené světlo a získáním částečného polarizace mohou vědci posoudit vlastnosti povrchu. Ale jak určit stupeň polarizace částečně polarizovaného světla?

Existuje vzorec NA. Umova:

P = (I_biskupa-I_pára) / (I_biskupa+I_pára), kde I_biskupa Je intenzita světla ve směru kolmém k rovině polarizátoru nebo odrazné plochy a I_pára - Paralelní. Hodnota P může mít hodnoty od 0 (pro přirozené světlo, bez jakékoliv polarizace) až po 1 (pro rovinné polarizované záření).

Může přirozené světlo být polarizováno?

Otázka je na první pohled podivná. Koneckonců, záření, v němž nejsou přiděleny směry, se obvykle nazývá přirozené. Pro obyvatele zemského povrchu je to však v jistém smyslu přibližné. Slunce dodává proud elektromagnetických vln různých délek. Toto záření není polarizováno. Ale procházející silnou vrstvou atmosféry získává záření zanedbatelnou polarizaci. Takže stupeň polarizace přirozeného světla jako celku není nulový. Velikost je však tak malá, že je často zanedbávána. To je bráno v úvahu pouze v případě přesných astronomických výpočtů, kde se do hvězdy let nebo vzdálenosti k našemu systému může přidat nejmenší chyba.

Proč světlo polarizuje?

Nad tím jsme často říkali, že fotony se na rozdíl od prostředí chovají jinak. Ale nezmínili proč. Odpověď závisí na tom, o jaké prostředí mluvíme, jinými slovy, v jakém stavu to je.

1. Médium je krystalické tělo s přísně periodickou strukturou. Obvykle je struktura takové látky reprezentována jako mřížka s pevnými ionty koulí. Ale obecně to není úplně přesné. Takové přiblížení je často odůvodněné, ale ne v případě interakce krystalu a elektromagnetického záření. Ve skutečnosti každý ion osciluje v blízkosti jeho rovnovážné polohy, ne chaoticky, ale v souladu s tím, co jsou jeho sousedy, na jakých vzdálenostech se nachází a kolik z nich. Vzhledem k tomu, že všechny tyto kmity jsou striktně naprogramovány tuhým médiem, pak emitovaný foton je vyzařován tímto iontem pouze v striktně definované podobě. Tato skutečnost vede k další: jaká bude polarizace vznikajícího fotonu, závisí na směru, do kterého vstoupil do krystalu. To se nazývá anizotropie vlastností.
2. Médium je tekuté. Zde je odpověď komplikovanější, protože existují dva faktory - složitost molekul a kolísání (kondenzace - ředění) hustoty. Vlastní komplexní dlouhé organické molekuly mají určitou strukturu. Dokonce i nejjednodušší molekuly kyseliny sírové nejsou chaotickou sférickou partií, ale velmi specifickým křížovým tvarem. Další věc je, že všechny jsou za normálních podmínek umístěny chaoticky. Druhý faktor (fluktuace) je však schopen vytvářet podmínky, ve kterých malé množství molekul tvoří v malém objemu něco podobného časové struktuře. V tomto případě budou buď všechny molekuly společně orientovány, nebo budou umístěny relativně vůči sobě v některých specifických úhlech. Pokud světlo v tomto okamžiku projde takovou částí kapaliny, získává částečnou polarizaci. Z toho vyplývá, že teplota silně ovlivňuje polarizaci kapaliny: čím vyšší je teplota, tím závažnější je turbulence a čím více se vytvoří. Poslední závěr je způsoben teorií sebeorganizace.
3. Médium je plyn. V případě homogenního plynu dochází k polarizaci kvůli kolísání. Proto přirozené světlo Slunce, procházející atmosférou, získává malou polarizaci. A proto je barva oblohy modrá: průměrná velikost balených prvků je taková, že elektromagnetické záření modré a fialové barvy se rozptýlí. Ale pokud jde o směs plynů, pak je mnohem obtížnější vypočítat stupeň polarizace. Tyto problémy často řeší astronomové, kteří zkoumají světlo hvězdy procházející hustým molekulárním oblakem plynu. Proto je tak obtížné a zajímavé studovat vzdálené galaxie a shluky. Ale astronomové se vyrovnají a dávají lidem úžasné snímky hlubokého vesmíru.