B25: Поляризація

Напрямок поляризації світла відноситься до двох напрямків або одного з двох напрямків, в яких електричне поле коливається. Для випадку повністю поляризованого світла завжди є два напрямки, які можна було б назвати напрямком поляризації. Якщо вказано єдиний напрямок, то цей напрямок, і прямо протилежний напрямок, є обома напрямками поляризації. Все-таки вказівка одного напрямку повністю визначає напрямок поляризації. Наприклад, для світла, який рухається прямо вниз біля поверхні землі, якщо напрямок поляризації, як кажуть, є компасом заголовок\(15^{\circ}\), це однозначно означає, що електричне поле коливається так, що воно часом вказує в напрямку з компасом заголовок\(15^{\circ}\) , а часом вказуючи в напрямку з компасом курсом\(195^{\circ}\) (на\(15^{\circ}\) захід від півдня).

Випадково поляризоване світло, також неполяризоване світло, має коливання електричного поля в кожному напрямку, перпендикулярному напрямку, в якому рухається світло. Таке світло часто зображується, як розглядається ззаду, (де вперед - напрямок, в якому рухається світло) як:

Вертикально поляризоване світло, що рухається горизонтально від вас, зазвичай зображується як:

де напрямок, в якому світло рухається, знаходиться «на сторінку», а вгору - «у верхній частині сторінки». У певному положенні, через яке світло рухається, починаючи з моменту, коли вектор електричного поля в цьому положенні вгору і максимальний, електричне поле зменшиться до нуля, потім буде вниз і збільшуватися, досягати максимуму вниз, потім бути вниз і зменшуватися, стати нулем, потім бути вгору і збільшуючи, потім досягати максимуму вгору, і повторювати, безперервно. Діаграма, що зображує поляризацію, вказує напрямки, які робить електричне поле, в якийсь час під час його коливань. Це жодним чином не має на увазі, що електричне поле спрямоване в двох напрямках одночасно.

Світло, яке рухається горизонтально від вас, поляризоване по\(30^{\circ}\) відношенню до вертикалі, може бути або:

або

Якщо ви зіткнулися з такою неоднозначною специфікацією поляризації в постановці проблеми, то відповідь однакова для будь-якого випадку, так що, не має значення, який з двох можливих напрямків поляризації ви вибираєте. Виберіть один довільно і працюйте з ним.

Світло, яке рухається горизонтально від вас і поляризоване, з вашої точки зору, за\(30^{\circ}\) годинниковою стрілкою від вертикалі, однак, однозначно:

поляризатори

Пластиковий матеріал виготовляється у вигляді плоских листів, які поляризують світло, що проходить через них. Зразок такого плоского листа називається поляризатором. У використанні, як правило, змушує світло рухатися до поляризатора вздовж напрямку, який перпендикулярний поляризатору. Іншими словами, один викликає світло, щоб нормально падає на поляризатор.

Схематично один зазвичай зображує поляризатор за допомогою прямокутника або кола, заповненого паралельними відрізками лінії.

Орієнтація ліній називається напрямком поляризації поляризатора. Ефект поляризатора полягає в тому, щоб пропускати світло, поляризоване в тому ж напрямку, що і поляризатор, і блокувати (поглинати або відбивати) світло, яке поляризується під прямим кутом до напрямку поляризатора.

Напрямок поляризації прямокутного поляризатора, зображеного вище, вертикальне. Таким чином, він пропускає вертикально-поляризоване світло і блокує горизонтально-поляризоване світло.

Напрямок поляризації кругоподібного зразка поляризаційного матеріалу, зображеного вище, є горизонтальним. Таким чином, він пропускає горизонтально-поляризоване світло і блокує вертикально-поляризоване світло.

Коли неполяризоване світло (він же випадково поляризоване світло) зазвичай падає на будь-який поляризатор, половина світла потрапляє через. Отже, якщо інтенсивність вхідного світла дорівнює\(I_0\), то інтенсивність світла, який потрапляє, називають його\(I_1\), задається:

\[I_1=\frac{1}{2} I_0 \label{25-1}\]

У повністю неполяризованому світлі вектори електричного поля коливаються в кожному напрямку, перпендикулярному напрямку, в якому рухається світло. Але все вектори електричного поля - це, як випливає з назви, вектори. Таким чином, ми можемо розбити кожен з них на компонент вздовж напрямку поляризації поляризатора і компонент, який перпендикулярний напрямку поляризації поляризатора. Поляризатор дозволить кожному компоненту, який знаходиться уздовж напрямку поляризації поляризатора через, і блокувати кожен компонент, який перпендикулярний напрямку поляризації. У повністю неполяризованому світлі, незалежно від напрямку поляризації поляризатора, якщо розбити всі вектори електричного поля на компоненти, паралельні і перпендикулярні напрямку поляризації поляризатора, і скласти всі паралельні компоненти разом, а потім окремо скласти всі перпендикулярні компоненти разом, два результати матимуть однакову величину. Це означає, що ми можемо розглядати повністю неполяризоване світло як складається з двох половинок: половини поляризованої паралельно напрямку поляризації поляризатора, і половина поляризованого перпендикулярно напрямку поляризації поляризатора. Половина, яка поляризується паралельно напрямку поляризації поляризатора, потрапляє через поляризатор, а інша половина - ні.

Неполяризоване світло, що подорожує безпосередньо від вас

При повністю неполяризованому світлі інтенсивності\(I_0...\)

... зазвичай падає на поляризатор, напрямок поляризації якого робить кут\(\theta_p\) з вертикальним...

... світло, яке проходить, поляризується в напрямку поляризації поляризатора, і, має інтенсивність\(I_1=\frac{1}{2} I_0\).

Зверніть увагу, як вплив поляризатора на інтенсивність нормально падаючого неполяризованого світла не залежить від орієнтації поляризатора. Ви отримуєте однакову інтенсивність\(I_1 =\frac{1}{2} I_0\) світла, що потрапляє через поляризатор, незалежно від того, який напрямок поляризації поляризатора.

Тепер припустимо, що у нас є якесь світло, яке з якоїсь причини вже поляризоване. Коли поляризоване світло зазвичай падає на поляризатор, інтенсивність світла, яке потрапляє, залежить від напрямку поляризації поляризатора (щодо напрямку вхідного світла). Припустимо, наприклад, що вхідне світло,

поляризується під\(\theta\) кутом щодо напрямку поляризації поляризатора, на який зазвичай падає світло:

Перш ніж він потрапить на поляризатор, вектор електричного поля-коливання-амплітуди світла,

може бути розбитий на компонент, паралельний напрямку поляризації поляризації поляризатора та компонент, перпендикулярний напрямку поляризації поляризатора.

Паралельна складова\(E_{\parallel}\) = E cos\ theta\) потрапляє через поляризатор, перпендикулярна складова - ні.

Тепер інтенсивність поляризованого світла пропорційна квадрату амплітуди коливань електричного поля. Отже, ми можемо висловити інтенсивність вхідного світла як

\[I_o= (constant)E^2\]

і інтенсивність світла, яке проходить як:

\[I_1=(constant)E_{\parallel}^2\]

\[I_1=(constant)(E\cos \theta)^2\]

\[I_1=(constant)E^2(\cos \theta)^2\]

\[I_1=I_o (\cos \theta)^2 \label{25-2}\]

Підводячи підсумки:

Поляризоване світло, що подорожує безпосередньо від вас

При поляризованому світлі інтенсивності\(I_0...\)

... зазвичай падає на поляризатор, напрямок поляризації якого робить кут\(\theta\) з напрямком поляризації світла...

... світло, яке проходить, поляризується в напрямку поляризації поляризатора, і, має інтенсивність\(I_1=I_0(\cos \theta)^2\).