प्रकाश का ध्रुवीकरण: परिभाषा, परावर्तन, अपवर्तन और प्रकीर्णन

आप एक जोड़ी ध्रुवीकृत धूप का चश्मा पहन सकते हैं, लेकिन इसका क्या मतलब है? वे अन्य प्रकार के धूप के चश्मे से कैसे भिन्न हैं, और वे क्यों उपयोगी हैं? ध्रुवीकरण, प्रकाश के संदर्भ में, एक ही दिशा में प्रकाश तरंगों को उन्मुख या फ़िल्टर करने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है, जो आप जो देख सकते हैं उसे प्रभावित करता है।

एक विद्युत चुम्बकीय तरंग एक अनुप्रस्थ तरंग है जिसमें एक विमान में विद्युत क्षेत्र की तरंग दोलन करती है wave एक चुंबकीय क्षेत्र तरंग के लंबवत (समकोण पर), जो दोनों की दिशा के लंबवत हैं गति।

चूंकि विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक तरंग के रूप में कार्य करता है, इसलिए किसी विशेष विद्युत चुम्बकीय तरंग या प्रकाश तरंग की आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य इसके साथ जुड़े होंगे। तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति का उत्पाद तरंग गति है।

हालांकि, विद्युत चुम्बकीय तरंगों को एक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है जिसके माध्यम से प्रचार किया जा सकता है, और इसलिए रिक्त स्थान के निर्वात को पार करें (जो वे प्रकाश की गति से करते हैं - the में सबसे तेज गति) ब्रम्हांड)।

विद्युत चुम्बकीय तरंगें कई किस्मों में आती हैं, जिनमें रेडियो तरंगें, माइक्रोवेव, अवरक्त विकिरण, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी विकिरण, एक्स-रे और गामा किरणें शामिल हैं।

इसके अलावा, चूंकि एक विद्युत चुम्बकीय तरंग गति की दिशा के लंबवत आयाम के साथ अनुप्रस्थ होती है, इसलिए इसे ध्रुवीकृत किया जा सकता है - गति की दिशा के लंबवत कई संभावित विमान हैं, लेकिन एक ध्रुवीकृत तरंग में केवल एक में अनुप्रस्थ आयाम होगा उन्हें। अनुदैर्ध्य तरंगों जैसे ध्वनि तरंगों में केवल गति की दिशा में विस्थापन होता है, और इसलिए उनका ध्रुवीकरण नहीं किया जा सकता है।

अध्रुवित प्रकाश तरंगों में कई आरोपित अभिविन्यास होते हैं। प्रकाश तरंगों में विद्युत और चुंबकीय दोनों क्षेत्र होते हैं, हमेशा एक दूसरे के समकोण पर - परंपरा के अनुसार, ध्रुवीकरण को विद्युत क्षेत्र की दिशा से परिभाषित किया जाता है। सिर पर देखते हुए, हम विद्युत क्षेत्र के वैक्टर को सभी अलग-अलग दिशाओं में इंगित करते हुए देख सकते हैं।

जब प्रकाश को एक पोलराइज़र या पोलराइजिंग फिल्टर से गुजारा जाता है, तो फिल्टर प्रकाश के केवल उस हिस्से को गुजरने देता है जिसमें विद्युत क्षेत्र रेखाएं फिल्टर के समानांतर उन्मुख होती हैं। नतीजतन, प्रकाश ध्रुवीकृत हो जाता है - यह सब एक ही दिशा में उन्मुख होता है। यह रैखिक ध्रुवीकरण है।

प्रकाश बल्ब या सूर्य से आने वाला प्रकाश ध्रुवीकृत नहीं होता है। ध्रुवीकृत प्रकाश का सबसे आम स्रोत लेज़र हैं। यदि दो ध्रुवीकरण फिल्टर एक घटना प्रकाश स्रोत के सामने एक दूसरे के समकोण पर रखे जाते हैं, तो सभी प्रकाश अवरुद्ध हो जाएंगे। यदि कोण छोटा है (उदाहरण के लिए 45 डिग्री) तो केवल कुछ प्रकाश अवरुद्ध है।

लाइट पोलराइज़र तीन प्रकार के होते हैं: परावर्तक, डाइक्रोइक और द्विअर्थी। परावर्तक ध्रुवीकरण केवल प्रकाश के एक निश्चित ध्रुवीकरण को पारित करने की अनुमति देते हैं, जबकि बाकी को प्रतिबिंबित करते हैं; डाइक्रोइक पोलराइज़र इसके विपरीत करते हैं, केवल प्रकाश के एक निश्चित ध्रुवीकरण को रोकते हैं जबकि अन्य सभी को गुजरने देते हैं। बायरफ्रींग में, प्रकाश के विभिन्न ध्रुवीकरण अलग-अलग कोणों पर अपवर्तित होंगे, जिससे ध्रुवीकरण वांछित होने के आधार पर प्रकाश के विभिन्न ध्रुवीकरणों का चयन किया जा सकेगा।

प्रकाश ध्रुवीकरण यह है कि फिल्मों को 3D में कैसे पेश किया जाता है। मूवी देखने वालों को दिए गए 3डी ग्लास में वास्तव में प्रत्येक लेंस में विपरीत ध्रुवीकरण फिल्टर होते हैं; उदाहरण के लिए, बाईं ओर एक क्षैतिज फ़िल्टर और दाईं ओर एक लंबवत फ़िल्टर। फिर फिल्म को दो अलग-अलग प्रोजेक्टरों से एक ही स्क्रीन पर प्रक्षेपित किया जाता है, एक प्रक्षेपित प्रकाश लंबवत रूप से ध्रुवीकृत होता है और दूसरा क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश को प्रक्षेपित करता है। तब बाईं आंख दाहिनी आंख की तुलना में थोड़ी अलग छवि देखती है, और मस्तिष्क गहराई की धारणा बनाने के लिए छवियों को जोड़ती है।

जब एक प्रकाश पुंज किसी पदार्थ की सतह पर आपतित होता है, तो कुछ प्रकाश परावर्तित होता है और कुछ अपवर्तित होता है (यह सामग्री के माध्यम से यात्रा करता है)। परावर्तित प्रकाश और अपवर्तित प्रकाश के एक सटीक समकोण पर होने के लिए आवश्यक आपतित प्रकाश के कोण को ब्रूस्टर कोण कहा जाता है।

जब आपतन कोण ब्रूस्टर कोण के बराबर हो (या तो माध्यमों की संरचना पर निर्भर करता है सतह के किनारे), और घटना प्रकाश अध्रुवित है, यह परावर्तित के रैखिक ध्रुवीकरण का कारण होगा रोशनी। यदि घटना प्रकाश में एक विशिष्ट ध्रुवीकरण होता है, विशेष रूप से सामग्री के लिए, यह केवल बिना किसी परावर्तित प्रकाश के अपवर्तित होगा।

क्यों होता है ऐसा? जब घटना प्रकाश सामग्री की सतह में परमाणुओं द्वारा अस्थायी रूप से अवशोषित किया जाता है, तो सामग्री के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन दोलन करते हैं। चूंकि प्रकाश तरंगें अनुप्रस्थ होती हैं, इसलिए ध्रुवीकरण तरंग की गति की दिशा के लंबवत होना चाहिए। इसलिए यदि आपतित तरंग का ध्रुवण उस दिशा में है जिस दिशा में परावर्तित तरंग होनी चाहिए, तो परावर्तित तरंग का अस्तित्व नहीं हो सकता।

यदि आपतित प्रकाश अध्रुवित है, तो परावर्तित प्रकाश परावर्तक सतह के समानांतर क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत हो जाएगा। इसे एस-ध्रुवीकृत प्रकाश कहते हैं। आपतन तल में ध्रुवण के साथ प्रकाश, या आपतित प्रकाश की गति की दिशा और सतह के लंबवत सदिश से बनने वाले तल को p-ध्रुवीकृत कहा जाता है।

ध्रुवीकृत धूप का चश्मा क्षैतिज सतहों से सूर्य के प्रकाश के प्रतिबिंब को कम करने के लिए ब्रूस्टर के कोण की अवधारणा का उपयोग करता है। जब सूरज आकाश में कम होता है, तो पानी और सड़कों जैसी सतहों से परावर्तित चकाचौंध में बहुत अधिक एस-ध्रुवीकृत प्रकाश होता है। ध्रुवीकृत धूप का चश्मा इस ध्रुवीकरण वाले प्रकाश को अवरुद्ध करता है, चकाचौंध को कम करता है।

हवा के अणुओं के प्रकाश से आपतित प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण प्रकाश आपतन तल के लंबवत रेखीय ध्रुवीकृत हो जाता है। वायु के अणु अपने स्वयं के छोटे दोलन को एक दिशा में ले जाते हैं, जिसे द्विध्रुवीय क्षण के रूप में जाना जाता है, और वे उस दोलन की रेखा के लंबवत ऊर्जा को विकीर्ण करते हैं। अतः यदि किसी अणु का द्विध्रुव आघूर्ण पर आगे-पीछे दोलन करता है आप-अक्ष, आपतित अध्रुवित प्रकाश इसमें से बिखर जाएगा एक्स-दिशा, polar में ध्रुवीकृत आप-दिशा (द्विध्रुव के समानांतर)।

यदि आपतित प्रकाश की तरंगदैर्घ्य अणुओं के आकार के बराबर हो तो इसे रेले प्रकीर्णन कहते हैं। रेले का प्रकीर्णन आकाश के रंग के लिए जिम्मेदार है, चाहे वह किसी खूबसूरत दिन का गहरा नीला हो या सूर्यास्त का गहरा लाल; रंग वातावरण पर सूर्य के प्रकाश के आपतन कोण के आधार पर बदलते हैं।

ध्रुवीकरण अपवर्तन, या प्रकाश के झुकने से भी हो सकता है क्योंकि यह एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है। सबसे अधिक बार, ध्रुवीकरण सतह के लंबवत होता है।

जब किसी पदार्थ का अपवर्तनांक प्रकाश की आपतित दिशा और ध्रुवण पर निर्भर करता है, तो इसे द्विविभाजक कहते हैं। द्विअंगी सामग्री में, प्रकाश की एक आपतित किरण सामग्री के अंदर दो किरणों में ध्रुवीकरण द्वारा विभाजित होती है, जो थोड़ा अलग पथ लेती है।

कुछ वैज्ञानिकों को संदेह है कि "कैल्साइट" नामक एक द्विभाजित प्रकार के क्रिस्टल का उपयोग वाइकिंग्स द्वारा एक के रूप में किया जा सकता है। नौवहन सहायता, क्योंकि इसके अपवर्तक ध्रुवीकरण गुणों का उपयोग बादल वाले दिन या उससे भी नीचे सूर्य का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। क्षितिज।

वृत्ताकार ध्रुवीकरण एक ध्रुवीकरण की स्थिति है जिसमें विद्युत क्षेत्र की दिशा समय के साथ एक स्थिर दर पर एक विमान में लंबवत घूमती है जो प्रसार की दिशा में लंबवत होती है। इसकी कल्पना विद्युत क्षेत्र वेक्टर के रूप में की जा सकती है जो तरंग के प्रसार के रूप में प्रसार की धुरी के चारों ओर एक हेलिक्स खींचती है। (अण्डाकार ध्रुवीकरण, जिसमें एक आयाम में हेलिक्स को थोड़ा सा निचोड़ा जाता है, भी संभव है।)

यदि, प्रकाश स्रोत की दिशा में देखते हुए, विद्युत क्षेत्र वेक्टर वामावर्त घूमता हुआ प्रतीत होता है, तो प्रकाश को दायां-गोलाकार ध्रुवीकृत कहा जाता है। यदि वेक्टर दक्षिणावर्त घूमता हुआ प्रतीत होता है, तो प्रकाश को बाएं-गोलाकार ध्रुवीकृत कहा जाता है।

परिपत्र ध्रुवीकरण दो रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश तरंगों द्वारा निर्मित होता है, जो एक दूसरे के लंबवत ध्रुवीकृत होते हैं, और प्रत्येक चरण के बाहर 90 डिग्री का प्रसार करते हैं। अण्डाकार ध्रुवीकरण तब होता है जब इन प्रकाश तरंगों में से एक का आयाम दूसरे की तुलना में छोटा होता है, जिससे एक वृत्त के बजाय एक दीर्घवृत्त बनता है।