Du kan bære et par polariserede solbriller, men hvad betyder det? Hvordan adskiller de sig fra andre typer solbriller, og hvorfor er de nyttige? Polarisering udtrykt i lys henviser til processen med at orientere eller filtrere lysbølger i en enkelt retning, hvilket påvirker det, du kan se.
Lys som elektromagnetiske bølger
En elektromagnetisk bølge er en tværbølge bestående af en elektrisk feltbølge, der oscillerer i et plan vinkelret (vinkelret) på en magnetfeltbølge, som begge er vinkelret på retningen af bevægelse.
Da elektromagnetisk stråling fungerer som en bølge, vil enhver bestemt elektromagnetisk bølge eller lysbølge have en frekvens og bølgelængde forbundet med den. Produktet af bølgelængde og frekvens er bølgehastigheden.
Imidlertid kræver elektromagnetiske bølger ikke et medium, hvormed de kan spredes, og kan derfor krydse vakuumet i det tomme rum (som de gør ved lysets hastighed - den hurtigste hastighed i univers).
Elektromagnetiske bølger findes i mange varianter, herunder radiobølger, mikrobølger, infrarød stråling, synligt lys, ultraviolet stråling, røntgenstråler og gammastråler.
Derudover, da en elektromagnetisk bølge er tværgående med amplitude vinkelret på bevægelsesretningen, kan den polariseres - der er mange mulige plan vinkelret på bevægelsesretningen, men en polariseret bølge har kun tværgående amplitude i en af dem. Langsgående bølger såsom lydbølger har kun forskydning i bevægelsesretningen, og derfor kan de ikke polariseres.
Polarisering af lys
Upolariserede lysbølger har flere overlejrede retninger. Lysbølger har både elektriske og magnetiske felter, altid vinkelret på hinanden - ved konvention defineres polarisering af retning af det elektriske felt. Ser vi hovedet på, ser vi måske de elektriske feltvektorer peger i alle forskellige retninger.
Når lys ledes gennem en polarisator eller et polariserende filter, lader filteret kun den del af lyset med elektriske feltlinjer orienteret parallelt med filteret passere igennem. Som et resultat bliver lyset polariseret - alt orienteret i samme retning. Dette er lineær polarisering.
Lys, der kommer fra pærer eller solen, er ikke polariseret. De mest almindelige kilder til polariseret lys er lasere. Hvis to polariserende filtre holdes vinkelret på hinanden foran en indfaldende lyskilde, vil alt lys blive blokeret. Hvis vinklen er mindre (for eksempel 45 grader), er kun noget af lyset blokeret.
Lyspolarisatorer findes i tre typer: reflekterende, dikroisk og dobbeltbrydende. Reflekterende polarisatorer tillader kun en vis polarisering af lys at passere igennem, mens de reflekterer resten; dikroiske polarisatorer gør det modsatte og blokerer kun en vis polarisering af lys, mens de tillader alle andre at passere igennem. I dobbeltbrydning bryder forskellige lyspolarisationer i forskellige vinkler, hvilket giver mulighed for at vælge forskellige polarisationer af lys afhængigt af hvilken polarisering der ønskes.
Lyspolarisering er, hvordan film projiceres i 3D. 3D-brillerne, der gives til filmbesøgere, har faktisk modsatte polariserende filtre i hver linse; et vandret filter i venstre og et lodret filter til højre. Filmen projiceres derefter på den samme skærm fra to forskellige projektorer, et projicerende lys polariseret lodret og et projicerende lys polariseret vandret. Venstre øje ser derefter et lidt andet billede end højre øje, og hjernen kombinerer billederne for at skabe en opfattelse af dybde.
Brewsters vinkel og polarisering ved refleksion
Når en lysstråle rammer en overflade af et materiale, reflekteres noget af lyset, og noget af det brydes (det bevæger sig gennem materialet). Vinklen på det indfaldende lys, der kræves for at det reflekterede lys og det brydede lys skal være i en nøjagtig ret vinkel kaldes Brewsters vinkel.
Når indfaldsvinklen er lig med Brewsters vinkel (afhængig af mediernes sammensætninger på begge side af overfladen), og det indfaldende lys er upolariseret, vil det forårsage lineær polarisering af det reflekterede lys. Hvis det indfaldende lys har en specifik polarisering, især for materialet, brydes det kun uden reflekteret lys overhovedet.
Hvorfor sker dette? Når det indfaldende lys midlertidigt absorberes af atomerne i overfladen af materialet, svinger elektronerne i materialets atomer. Fordi lysbølger er tværgående, skal polarisationen være vinkelret på bølgernes bevægelsesretning. Så hvis polariseringen af den indfaldende bølge er i den retning, som den reflekterede bølge skal være, kan den reflekterede bølge ikke eksistere.
Hvis det indfaldende lys er upolariseret, vil det reflekterede lys polariseres vandret parallelt med den reflekterende overflade. Dette kaldes s-polariseret lys. Lys med polarisering i indfaldsplanet eller planet dannet ud fra bevægelsesretningen for det indfaldende lys og en vektor vinkelret på overfladen kaldes p-polariseret.
Polariserede solbriller bruger begrebet Brewsters vinkel for at reducere sollysreflektion fra vandrette overflader. Når solen er lav på himlen, er der meget s-polariseret lys i reflekteret blænding fra overflader som vand og veje. Polariserede solbriller blokerer lys med denne polarisering, hvilket reducerer blænding.
Polarisering ved spredning
Spredning af indfaldende lys fra luftmolekyler får lys til at blive polariseret lineært vinkelret på indfaldsplanet. Luftmolekyler bærer deres egen lille svingning i en retning, kendt som et dipolmoment, og de udstråler energi vinkelret på linjen for denne svingning. Så hvis et molekyls dipolmoment svinger frem og tilbage på y-aks, indfaldende upolariseret lys vil sprede sig væk fra det i x-retning, polariseret i y-retning (parallelt med dipolen).
Hvis bølgelængden af det indfaldende lys kan sammenlignes med molekylernes størrelse, kaldes dette Rayleigh-spredning. Rayleigh-spredning er ansvarlig for himmelens farve, hvad enten det er en dybblå af en smuk dag eller den dybe røde af en solnedgang; farverne ændres afhængigt af indfaldsvinklen for sollys på atmosfæren.
Polarisering ved brydning
Polarisering kan også forekomme ved brydning eller bøjning af lys, når det passerer fra et medium til et andet. Oftest forekommer polarisationen vinkelret på overfladen.
Når et materiales brydningsindeks afhænger af indfaldsretningen og polariseringen af lyset, kaldes det dobbeltbrydende. I dobbeltbrydende materialer opdeles en indfaldende lysstråle ved polarisering i to stråler inde i materialet, som tager lidt forskellige veje.
Nogle forskere har mistanke om, at en dobbeltbrydende type krystal kaldet "calcit" muligvis er blevet brugt af vikingerne som en navigationshjælp, da dets brydnings polariserende egenskaber kunne bruges til at lokalisere solen på en overskyet dag eller endda under horisont.
Cirkulær polarisering
Cirkulær polarisering er en polariseringstilstand, hvor retningen af det elektriske felt roterer cirkulært med tiden med en jævn hastighed i et plan vinkelret på udbredelsesretningen. Dette kan forestilles som den elektriske feltvektor, der trækker en spiral omkring udbredelsesaksen, når bølgen udbredes. (Elliptisk polarisering, hvor spiralen er let klemt i en dimension, er også mulig.)
Hvis den elektriske feltvektor ser ud til at dreje mod uret, mens den kigger i retning af lyskilden, kaldes lyset højre-cirkulært polariseret. Hvis vektoren ser ud til at dreje med uret, kaldes lyset venstre-cirkulært polariseret.
Cirkulær polarisering er skabt af to lineært polariserede lysbølger, polariseret vinkelret på hinanden, og hver formerer sig 90 grader ud af fase. Elliptisk polarisering er, når en af disse lysbølger har en mindre amplitude end den anden, hvilket skaber en ellipse snarere end en cirkel.