Μπορεί να φοράτε ένα ζευγάρι πολωμένων γυαλιών ηλίου, αλλά τι σημαίνει αυτό; Πώς είναι διαφορετικά από άλλα είδη γυαλιών ηλίου και γιατί είναι χρήσιμα; Η πόλωση, από την άποψη του φωτός, αναφέρεται στη διαδικασία προσανατολισμού ή φιλτραρίσματος των κυμάτων φωτός σε μία μόνο κατεύθυνση, η οποία επηρεάζει αυτό που μπορείτε να δείτε.
Φως ως ηλεκτρομαγνητικά κύματα
Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι ένα εγκάρσιο κύμα που αποτελείται από ένα κύμα ηλεκτρικού πεδίου που ταλαντεύεται σε ένα επίπεδο κάθετα (σε ορθή γωνία) προς ένα κύμα μαγνητικού πεδίου, αμφότερα τα οποία είναι κάθετα προς την κατεύθυνση του κίνηση.
Δεδομένου ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία δρα ως κύμα, τότε οποιοδήποτε συγκεκριμένο ηλεκτρομαγνητικό κύμα ή κύμα φωτός θα έχει σχετική συχνότητα και μήκος κύματος. Το προϊόν του μήκους κύματος και της συχνότητας είναι η ταχύτητα κύματος.
Ωστόσο, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν απαιτούν ένα μέσο μέσω του οποίου να διαδίδονται, και ως εκ τούτου μπορούν διασχίστε το κενό του κενού χώρου (το οποίο κάνουν με την ταχύτητα του φωτός - η ταχύτερη ταχύτητα στο σύμπαν).
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έρχονται σε πολλές ποικιλίες, συμπεριλαμβανομένων ραδιοκυμάτων, μικροκυμάτων, υπέρυθρης ακτινοβολίας, ορατού φωτός, υπεριώδους ακτινοβολίας, ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα.
Επιπλέον, δεδομένου ότι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι εγκάρσιο με πλάτος κάθετο προς την κατεύθυνση της κίνησης, μπορεί να είναι πολωμένο - υπάρχουν πολλά πιθανά επίπεδα κάθετα προς την κατεύθυνση της κίνησης, αλλά ένα πολωμένο κύμα θα έχει εγκάρσιο πλάτος σε ένα μόνο από τα τους. Τα διαμήκη κύματα όπως τα ηχητικά κύματα έχουν μόνο μετατόπιση προς την κατεύθυνση της κίνησης, και ως εκ τούτου δεν μπορούν να πολωθούν.
Πόλωση του φωτός
Τα μη πολωμένα φωτεινά κύματα έχουν πολλαπλούς προστιθέμενους προσανατολισμούς. Τα κύματα φωτός έχουν τόσο ηλεκτρικά όσο και μαγνητικά πεδία, πάντα σε ορθή γωνία μεταξύ τους - κατά συνθήκη, η πόλωση καθορίζεται από την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Κοιτώντας μπροστά, μπορεί να δούμε τα διανύσματα ηλεκτρικού πεδίου να δείχνουν προς όλες τις διαφορετικές κατευθύνσεις.
Όταν το φως περνά μέσα από ένα πολωτικό ή πολωτικό φίλτρο, το φίλτρο επιτρέπει να περάσει μόνο το τμήμα του φωτός με γραμμές ηλεκτρικού πεδίου προσανατολισμένες παράλληλα προς το φίλτρο. Ως αποτέλεσμα, το φως γίνεται πολωμένο - όλα προσανατολισμένα προς την ίδια κατεύθυνση. Αυτό είναι γραμμική πόλωση.
Το φως που προέρχεται από λαμπτήρες ή τον ήλιο δεν είναι πολωμένο. Οι πιο κοινές πηγές πολωμένου φωτός είναι τα λέιζερ. Εάν δύο φίλτρα πόλωσης συγκρατούνται σε ορθή γωνία μεταξύ τους μπροστά από μια πηγή φωτός που προσπίπτει, όλο το φως θα αποκλειστεί. Εάν η γωνία είναι μικρότερη (για παράδειγμα, 45 μοίρες) μόνο ένα μέρος του φωτός είναι αποκλεισμένο.
Τα ελαφριά πολωτικά διατίθενται σε τρεις τύπους: ανακλαστικό, διχρωμικό και διφθαρμικό. Τα ανακλαστικά πολωτικά επιτρέπουν μόνο μια συγκεκριμένη πόλωση του φωτός να περάσει, ενώ αντανακλούν το υπόλοιπο. οι διχρωικοί πολωτές κάνουν το αντίθετο, εμποδίζοντας μόνο μια συγκεκριμένη πόλωση του φωτός, ενώ επιτρέπουν σε όλους τους άλλους να περάσουν. Στο birefringence, διαφορετικές πόλωση του φωτός θα διαθλάσουν σε διαφορετικές γωνίες, επιτρέποντας την επιλογή διαφορετικών πόλων του φωτός ανάλογα με την επιθυμητή πόλωση.
Η ελαφριά πόλωση είναι ο τρόπος προβολής ταινιών σε 3D. Τα τρισδιάστατα γυαλιά που δίνονται στους θεατές έχουν πραγματικά αντίθετα πολωτικά φίλτρα σε κάθε φακό. ένα οριζόντιο φίλτρο στα αριστερά και ένα κατακόρυφο φίλτρο στα δεξιά, για παράδειγμα. Στη συνέχεια, η ταινία προβάλλεται στην ίδια οθόνη από δύο διαφορετικούς προβολείς, έναν προβολέα φωτός πολωμένος κάθετα και έναν προβολέα φωτός πολωμένο οριζόντια. Το αριστερό μάτι βλέπει τότε μια ελαφρώς διαφορετική εικόνα από το δεξί μάτι και ο εγκέφαλος συνδυάζει τις εικόνες για να δημιουργήσει μια αντίληψη του βάθους.
Η γωνία και η πόλωση του Brewster από το Reflection
Όταν μια ακτίνα φωτός εμφανίζεται σε μια επιφάνεια ενός υλικού, ένα μέρος του φωτός ανακλάται και ένα μέρος του διαθλάται (ταξιδεύει μέσα από το υλικό). Η γωνία του προσπίπτοντος φωτός που απαιτείται για το ανακλώμενο φως και το διαθλασμένο φως να βρίσκονται σε μια ακριβώς ορθή γωνία ονομάζεται γωνία Brewster.
Όταν η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία του Brewster (εξαρτάται από τις συνθέσεις των μέσων και στα δύο πλευρά της επιφάνειας), και το προσπίπτον φως δεν είναι πολωμένο, θα προκαλέσει γραμμική πόλωση του ανακλώμενου φως. Εάν το προσπίπτον φως έχει συγκεκριμένη πόλωση, ειδικά στο υλικό, θα διαθλάται μόνο χωρίς καθόλου ανακλώμενο φως.
Γιατί συμβαίνει αυτό; Όταν το προσπίπτοντο φως απορροφάται προσωρινά από τα άτομα στην επιφάνεια του υλικού, τα ηλεκτρόνια στα άτομα του υλικού ταλαντεύονται. Επειδή τα φωτεινά κύματα είναι εγκάρσια, η πόλωση πρέπει να είναι κάθετη προς την κατεύθυνση της κίνησης του κύματος. Έτσι, εάν η πόλωση του προσπίπτου κύματος είναι προς την κατεύθυνση που πρέπει να είναι το ανακλώμενο κύμα, το ανακλώμενο κύμα δεν μπορεί να υπάρχει.
Εάν το προσπίπτον φως δεν είναι πολωμένο, το ανακλώμενο φως θα πολωθεί οριζόντια, παράλληλα με την ανακλώσα επιφάνεια. Αυτό ονομάζεται s-πολωμένο φως. Φως με πόλωση στο επίπεδο πρόσπτωσης, ή το επίπεδο που σχηματίζεται από την κατεύθυνση κίνησης του προσπίπτοντος φωτός και ένα διάνυσμα κάθετο στην επιφάνεια, ονομάζεται p-πολωμένο.
Τα πολωμένα γυαλιά ηλίου χρησιμοποιούν την έννοια της γωνίας του Brewster για να μειώσουν την αντανάκλαση του ηλιακού φωτός από τις οριζόντιες επιφάνειες. Όταν ο ήλιος είναι χαμηλός στον ουρανό, υπάρχει πολύ s-πολωμένο φως σε ανακλώμενη λάμψη από επιφάνειες όπως νερό και δρόμους. Τα πολωμένα γυαλιά ηλίου εμποδίζουν το φως που έχει αυτή την πόλωση, μειώνοντας το έντονο φως.
Πόλωση με σκέδαση
Η σκέδαση του προσπίπτοντος φωτός των μορίων αέρα προκαλεί το φως να είναι γραμμικά πολωμένο κάθετα προς το επίπεδο πρόσπτωσης. Τα μόρια του αέρα μεταφέρουν τη δική τους μικρή ταλάντωση προς μία κατεύθυνση, γνωστή ως διπολική ροπή, και ακτινοβολούν ενέργεια κάθετα προς τη γραμμή αυτής της ταλάντωσης. Έτσι, εάν η διπολική ροπή ενός μορίου ταλαντεύεται εμπρός και πίσω στο ε-αξίδα, το περιστατικό μη πολωμένο φως θα διασκορπιστεί από αυτό στο Χ-κατεύθυνση, πολωμένη στο ε-κατεύθυνση (παράλληλη με το δίπολο).
Εάν το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός είναι συγκρίσιμο με το μέγεθος των μορίων, αυτό ονομάζεται σκέδαση Rayleigh. Η σκέδαση Rayleigh είναι υπεύθυνη για το χρώμα του ουρανού, είτε πρόκειται για ένα βαθύ μπλε μιας όμορφης ημέρας είτε για το βαθύ κόκκινο του ηλιοβασιλέματος. τα χρώματα αλλάζουν ανάλογα με τη γωνία εμφάνισης του ηλιακού φωτός στην ατμόσφαιρα.
Πόλωση με διάθλαση
Η πόλωση μπορεί επίσης να συμβεί με τη διάθλαση ή την κάμψη του φωτός καθώς περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Τις περισσότερες φορές, η πόλωση εμφανίζεται κάθετα στην επιφάνεια.
Όταν ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού εξαρτάται από την κατεύθυνση προσβολής και την πόλωση του φωτός, ονομάζεται birefringent. Σε δίφρενα υλικά, μια προσπίπτουσα ακτίνα φωτός χωρίζεται με πόλωση σε δύο ακτίνες μέσα στο υλικό, οι οποίες έχουν ελαφρώς διαφορετικές διαδρομές.
Μερικοί επιστήμονες υποπτεύονται ότι ένας βολικός τύπος κρυστάλλου που ονομάζεται "ασβεστίτης" μπορεί να έχει χρησιμοποιηθεί από τους Βίκινγκς ως βοήθεια πλοήγησης, δεδομένου ότι οι διαθλαστικές του πολωτικές ιδιότητες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό του ήλιου σε μια συννεφιασμένη μέρα, ή ακόμα και κάτω από το ορίζοντας.
Κυκλική πόλωση
Η κυκλική πόλωση είναι μια κατάσταση πόλωσης στην οποία η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου περιστρέφεται κυκλικά με το χρόνο με σταθερό ρυθμό σε επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης. Αυτό μπορεί να φανταστεί ως το διάνυσμα ηλεκτρικού πεδίου που σχεδιάζει μια έλικα γύρω από τον άξονα διάδοσης καθώς το κύμα διαδίδεται. (Η ελλειπτική πόλωση, στην οποία η έλικα είναι ελαφρώς στραμμένη σε μία διάσταση, είναι επίσης δυνατή.)
Εάν, ενώ κοιτάζει προς την κατεύθυνση της πηγής φωτός, ο φορέας ηλεκτρικού πεδίου φαίνεται να περιστρέφεται αριστερόστροφα, το φως ονομάζεται σωστά κυκλικά πολωμένο. Εάν ο φορέας φαίνεται να περιστρέφεται δεξιόστροφα, το φως ονομάζεται αριστερή-κυκλικά πολωμένη.
Η κυκλική πόλωση δημιουργείται από δύο γραμμικά πολωμένα κύματα φωτός, πολωμένα κάθετα μεταξύ τους, και το καθένα διαδίδει 90 μοίρες εκτός φάσης. Η ελλειπτική πόλωση είναι όταν ένα από αυτά τα κύματα φωτός έχει μικρότερο πλάτος από το άλλο, δημιουργώντας έλλειψη παρά κύκλο.