Lehet, hogy visel egy polarizált napszemüveget, de mit jelent ez? Miben különböznek más típusú napszemüvegektől, és miért hasznosak? A polarizáció a fény szempontjából a fényhullámok egyetlen irányba történő orientálásának vagy szűrésének folyamatát jelenti, amely hatással van a látottakra.
Fény, mint elektromágneses hullámok
Az elektromágneses hullám egy keresztirányú hullám, amely egy síkban lengő elektromos mező hullámból áll merőleges (derékszögben) a mágneses tér hullámára, mindkettő merőleges az irányára mozgás.
Mivel az elektromágneses sugárzás hullámként működik, minden egyes elektromágneses hullámnak vagy fényhullámnak frekvenciája és hullámhossza lesz. A hullámhossz és frekvencia szorzata a hullámsebesség.
Az elektromágneses hullámokhoz azonban nincs szükség közegre, amelyen keresztül tovább tudnak terjedni, és ezért képesek is átmenni az üres tér vákuumában (amit fénysebességgel tesznek meg - a leggyorsabb sebesség a világegyetem).
Az elektromágneses hullámok sokféle változatban fordulnak elő, ideértve a rádióhullámokat, a mikrohullámokat, az infravörös sugárzást, a látható fényt, az ultraibolya sugárzást, a röntgensugarakat és a gammasugarakat.
Ezen túlmenően, mivel az elektromágneses hullám keresztirányú, amplitúdója merőleges a mozgás irányára, polarizálható - sok lehetséges sík merőleges a mozgás irányára, de a polarizált hullám keresztirányú amplitúdója csak az egyik őket. A hosszirányú hullámok, mint például a hanghullámok, csak a mozgás irányában mozognak, ezért nem polarizálhatók.
A fény polarizációja
A nem polarizált fényhullámoknak több egymásra helyezett iránya van. A fényhullámoknak elektromos és mágneses terük is van, mindig egymással derékszögben vannak - a polarizációt egyezmény szerint az elektromos tér iránya határozza meg. Fejjel nézve láthatjuk, hogy az elektromos mező vektorai minden irányba mutatnak.
Amikor a fényt átengedjük egy polarizálón vagy polarizáló szűrőn, a szűrő csak a szűrővel párhuzamosan orientált elektromos térvezetékekkel rendelkező fényrésznek engedi átjutni. Ennek eredményeként a fény polarizálódik - mindez ugyanabba az irányba orientálódik. Ez lineáris polarizáció.
Az izzókból vagy a napból érkező fény nem polarizált. A polarizált fény leggyakoribb forrása a lézer. Ha két polarizáló szűrőt derékszögben tartanak egymással egy beeső fényforrás előtt, akkor az összes fény blokkolódik. Ha a szög kisebb (például 45 fok), csak a fény egy része blokkolódik.
A fénypolarizátorok három típusba tartoznak: fényvisszaverő, dikroikus és kettős törésű. A fényvisszaverő polarizátorok csak a fény bizonyos polarizációját engedik át, miközben a többit visszatükrözik; a dikroikus polarizátorok ennek ellenkezőjét teszik, csak blokkolják a fény bizonyos polarizációját, miközben lehetővé teszik az összes többi áthaladását. Kéttörés esetén a fény különböző polarizációi különböző szögekben törnek, lehetővé téve a fény különböző polarizációinak kiválasztását attól függően, hogy milyen polarizációra van szükség.
A fénypolarizáció a filmek vetítése 3D-ben. A filmnézőknek adott 3D szemüvegek tulajdonképpen ellentétes polarizációs szűrőket tartalmaznak minden lencsében; például egy vízszintes szűrő a bal oldalon és egy függőleges szűrő a jobb oldalon, például. Ezután a filmet ugyanazon a képernyőn vetítik két különböző projektorból, az egyik függőlegesen, a másik pedig vízszintesen polarizált fényt vetít ki. A bal szem ekkor kissé más képet lát, mint a jobb szem, és az agy ötvözi a képeket a mélység érzékelésének létrehozására.
Brewster szöge és polarizációja tükrözéssel
Amikor egy fénysugár beesik egy anyag felületére, a fény egy része visszaverődik, egy része pedig megtörik (az anyagon keresztül halad). A beeső fény szögét, amely szükséges ahhoz, hogy a visszavert fény és a törött fény pontosan derékszögben legyen, Brewster szögének nevezzük.
Amikor a beesési szög megegyezik Brewster szögével (attól függően, hogy melyik közeg összetétele van) a beeső fény nem polarizált, ez a visszavert lineáris polarizációt okoz fény. Ha a beeső fénynek sajátos polarizációja van, különös tekintettel az anyagra, akkor ez csak visszavert fény nélkül törik meg.
Miért történik ez? Amikor a beeső fényt ideiglenesen elnyelik az anyag felületén lévő atomok, az anyag atomjaiban lévő elektronok oszcillálnak. Mivel a fényhullámok keresztirányban vannak, a polarizációnak merőlegesnek kell lennie a hullám mozgásirányára. Tehát, ha a beeső hullám polarizációja abba az irányba mutat, ahol a visszavert hullámnak lennie kell, a visszavert hullám nem létezhet.
Ha a beeső fény polarizálatlan, a visszavert fény vízszintesen polarizálódik, párhuzamosan a visszaverő felülettel. Ezt hívjuk s polarizált fénynek. A beesési síkban polarizált fényt, vagy a beeső fény mozgásirányából és a felületre merőleges vektorból képzett síkot p-polarizáltnak nevezzük.
A polarizált napszemüvegek a Brewster szögének koncepcióját használják, hogy csökkentse a napfény visszaverődését a vízszintes felületekről. Amikor a nap alacsonyan van az égen, sok s-polarizált fény tükröződő káprázatában szabadul fel olyan felületekről, mint a víz és az utak. A polarizált napszemüvegek blokkolják ezt a polarizációt, csökkentve a tükröződést.
Polarizáció szórással
A beeső fény szórása a levegőmolekulákról a fény lineárisan polarizálódik, merőlegesen a beesési síkra. A légmolekulák a saját kis rezgésüket egy irányban hordozzák, amelyet dipólusmomentumnak neveznek, és energiát sugároznak merőlegesen az oszcilláció vonalára. Tehát, ha egy molekula dipólus momentuma ide-oda ingadozik a y-tengely, beeső polarizálatlan fény szétszóródik belőle a x-irány, polarizált a y-irány (párhuzamos a dipollal).
Ha a beeső fény hullámhossza összehasonlítható a molekulák méretével, ezt Rayleigh-szórásnak nevezzük. A Rayleigh-szórás felelős az ég színéért, legyen az egy gyönyörű nap mélykéke vagy a naplemente mélyvörösje; a színek a napfény légköri beesési szögétől függően változnak.
Töréses polarizáció
A polarizáció megtörténhet a fénytöréssel vagy a fény hajlításával is, amikor az egyik közegből a másikba kerül. Leggyakrabban a polarizáció merőleges a felületre.
Ha egy anyag törésmutatója a fény beesési irányától és polarizációjától függ, akkor ezt kettőtörőnek nevezzük. Kétirányú törésű anyagokban a beeső fénysugár polarizációval az anyag belsejében két sugarúra oszlik, amelyek kissé eltérő utakat járnak be.
Egyes tudósok azt gyanítják, hogy a "kalcit" nevű kettős törésű kristályt a vikingek navigációs segédeszköz, mivel fénytörési polarizáló tulajdonságai felhasználhatók a nap elhelyezésére egy felhős napon, vagy akár a horizont.
Körkörös polarizáció
A körkörös polarizáció olyan polarizációs állapot, amelyben az elektromos mező iránya az idővel körkörösen forog, egyenletes sebességgel a terjedési irányra merőleges síkban. Ezt úgy lehet elképzelni, hogy az elektromos mező vektor spirált rajzol ki a terjedési tengely körül, miközben a hullám terjed. (Elliptikus polarizáció is lehetséges, amelyben a spirál egy dimenzióban kissé el van húzva.)
Ha a fényforrás irányába nézve az elektromos térvektor úgy tűnik, hogy az óramutató járásával ellentétes irányban forog, akkor a fényt jobb körkörös polarizációnak nevezzük. Ha úgy tűnik, hogy a vektor az óramutató járásával megegyező irányban forog, akkor a fényt bal körkörös polarizációnak nevezzük.
A körkörös polarizációt két, egymásra merőlegesen polarizált, lineárisan polarizált fényhullám hozza létre, amelyek mindegyike 90 fokkal terjed a fázison kívül. Az elliptikus polarizáció az, amikor ezen fényhullámok egyikének kisebb az amplitúdója, mint a másiknak, és nem kört, hanem ellipszist hoz létre.
