Můžete nosit polarizované sluneční brýle, ale co to znamená? Jak se liší od ostatních typů slunečních brýlí a proč jsou užitečné? Polarizace, pokud jde o světlo, označuje proces orientace nebo filtrování světelných vln v jednom směru, který ovlivňuje to, co vidíte.
Světlo jako elektromagnetické vlny
Elektromagnetická vlna je příčná vlna skládající se z vlny elektrického pole kmitajícího v rovině kolmo (v pravém úhlu) na vlnu magnetického pole, obě jsou kolmé ke směru pohyb.
Vzhledem k tomu, že elektromagnetické záření působí jako vlna, bude mít jakákoli konkrétní elektromagnetická vlna nebo světelná vlna s ní spojenou frekvenci a vlnovou délku. Produktem vlnové délky a frekvence je rychlost vlny.
Elektromagnetické vlny však nevyžadují médium, kterým by se mohly šířit, a proto mohou procházet vakuem prázdného prostoru (což dělají rychlostí světla - nejrychlejší rychlostí v vesmír).
Elektromagnetické vlny přicházejí v mnoha variantách, včetně rádiových vln, mikrovln, infračerveného záření, viditelného světla, ultrafialového záření, rentgenových paprsků a paprsků gama.
Navíc, protože elektromagnetická vlna je příčná s amplitudou kolmou ke směru pohybu, může být polarizována - existuje mnoho možných rovin kolmých ke směru pohybu, ale polarizovaná vlna bude mít příčnou amplitudu pouze v jednom z jim. Podélné vlny, jako jsou zvukové vlny, mají pouze posun ve směru pohybu, a proto je nelze polarizovat.
Polarizace světla
Nepolarizované světelné vlny mají několik navrstvených orientací. Světelné vlny mají jak elektrické, tak magnetické pole, vždy navzájem kolmé - podle konvence je polarizace definována směrem elektrického pole. Při pohledu na hlavu bychom mohli vidět vektory elektrického pole směřující do všech různých směrů.
Když světlo prochází polarizátorem nebo polarizačním filtrem, filtr umožňuje průchod pouze části světla s liniemi elektrického pole orientovanými rovnoběžně s filtrem. Výsledkem je, že světlo se polarizuje - vše je orientováno stejným směrem. Toto je lineární polarizace.
Světlo vycházející ze žárovek nebo slunce není polarizované. Nejběžnějším zdrojem polarizovaného světla jsou lasery. Pokud jsou dva polarizační filtry drženy navzájem kolmo před zdrojem dopadajícího světla, bude veškeré světlo blokováno. Pokud je úhel menší (například 45 stupňů), je zablokováno pouze část světla.
Světelné polarizátory se dodávají ve třech typech: reflexní, dichroické a dvojlomné. Reflexní polarizátory umožňují průchod pouze určité polarizace světla, zatímco ostatní odrážejí; dichroické polarizátory dělají opak, pouze blokují určitou polarizaci světla a umožňují průchod všem ostatním. U dvojlomů se různé polarizace světla lámou v různých úhlech, což umožňuje výběr různých polarizací světla v závislosti na požadované polarizaci.
Polarizace světla je způsob, jakým se filmy promítají ve 3D. 3D brýle poskytované návštěvníkům filmů mají ve všech čočkách opačné polarizační filtry; například horizontální filtr vlevo a vertikální filtr vpravo. Film se poté promítá na stejnou obrazovku ze dvou různých projektorů, jednoho promítajícího světlo polarizovaného vertikálně a druhého promítajícího horizontálně polarizovaného světla. Levé oko pak vidí mírně odlišný obraz než pravé oko a mozek obrazy kombinuje a vytváří vnímání hloubky.
Brewsterův úhel a polarizace odrazem
Když světelný paprsek dopadá na povrch materiálu, část světla se odráží a část se láme (prochází materiálem). Úhel dopadajícího světla potřebný k tomu, aby odražené světlo a lomené světlo byly v přesném pravém úhlu, se nazývá Brewsterův úhel.
Když se úhel dopadu rovná Brewsterovu úhlu (v závislosti na složení médií na obou strana povrchu) a dopadající světlo je nepolarizované, způsobí to lineární polarizaci odraženého světla světlo. Pokud dopadající světlo má specifickou polarizaci, zejména pro daný materiál, bude lomeno pouze bez odráženého světla.
Proč se to stalo? Když je dopadající světlo dočasně absorbováno atomy na povrchu materiálu, elektrony v atomech materiálu oscilují. Protože světelné vlny jsou příčné, musí být polarizace kolmá ke směru pohybu vlny. Pokud je tedy polarizace dopadající vlny ve směru, ve kterém by měla být odražená vlna, nemůže odražená vlna existovat.
Pokud je dopadající světlo nepolarizované, odražené světlo bude polarizováno horizontálně, rovnoběžně s odrazným povrchem. Toto se nazývá s-polarizované světlo. Světlo s polarizací v rovině dopadu nebo rovina vytvořená ze směru pohybu dopadajícího světla a vektor kolmý na povrch, se nazývá p-polarizovaná.
Polarizované sluneční brýle využívají koncept Brewsterova úhlu ke snížení odrazu slunečního světla od vodorovných povrchů. Když je slunce na obloze nízko, je v odrazeném oslnění povrchů, jako je voda a silnice, spousta s-polarizovaného světla. Polarizované sluneční brýle blokují světlo s touto polarizací, čímž snižují oslnění.
Polarizace rozptylem
Rozptyl dopadajícího světla z molekul vzduchu způsobuje, že světlo je lineárně polarizováno kolmo k rovině dopadu. Molekuly vzduchu nesou svoji vlastní malou oscilaci v jednom směru, známém jako dipólový moment, a vyzařují energii kolmo na linii této oscilace. Takže pokud dipólový moment molekuly osciluje tam a zpět na y- osa, dopadající nepolarizované světlo se z něj rozptýlí v X- směr, polarizovaný v y-směr (rovnoběžný s dipólem).
Pokud je vlnová délka dopadajícího světla srovnatelná s velikostí molekul, nazývá se to Rayleighův rozptyl. Rayleighův rozptyl je zodpovědný za barvu oblohy, ať už je to tmavě modrá krásný den nebo tmavě červená západ slunce; barvy se mění v závislosti na úhlu dopadu slunečního světla na atmosféru.
Polarizace lomem
Polarizace může také nastat lomem světla nebo ohnutím světla při jeho průchodu z jednoho média do druhého. Nejčastěji dochází k polarizaci kolmo k povrchu.
Když index lomu materiálu závisí na směru dopadu a polarizaci světla, nazývá se to dvojlomný. V dvojlomných materiálech je dopadající paprsek světla rozdělen polarizací na dva paprsky uvnitř materiálu, které mají mírně odlišné dráhy.
Někteří vědci mají podezření, že dvojlomný typ krystalu zvaný „kalcit“ mohl být Vikingy použit jako navigační pomůcka, protože její refrakční polarizační vlastnosti by mohly být použity k lokalizaci slunce za zamračeného dne nebo dokonce pod horizont.
Kruhová polarizace
Kruhová polarizace je polarizační stav, ve kterém se směr elektrického pole otáčí kruhově s časem rovnoměrnou rychlostí v rovině kolmé ke směru šíření. To si lze představit jako vektor elektrického pole, který při šíření vlny vytahuje spirálu kolem osy šíření. (Je také možná eliptická polarizace, ve které je spirála mírně přeškrtnutá v jedné dimenzi.)
Pokud se při pohledu ve směru světelného zdroje zdá, že se vektor elektrického pole otáčí proti směru hodinových ručiček, nazývá se světlo pravo-kruhově polarizované. Pokud se zdá, že se vektor otáčí ve směru hodinových ručiček, světlo se nazývá levotočivě polarizované.
Kruhová polarizace je vytvořena dvěma lineárně polarizovanými světelnými vlnami, polarizovanými kolmo na sebe a každá se šíří o 90 stupňů mimo fázi. Eliptická polarizace je, když jedna z těchto světelných vln má menší amplitudu než druhá, čímž vytváří spíše elipsu než kruh.
