Galite dėvėti porą poliarizuotų akinių nuo saulės, bet ką tai reiškia? Kuo jie skiriasi nuo kitų tipų akinių nuo saulės ir kodėl jie yra naudingi? Poliarizacija, kalbant apie šviesą, reiškia šviesos bangų orientavimo ar filtravimo viena kryptimi procesą, kuris veikia tai, ką galite pamatyti.
Šviesa kaip elektromagnetinės bangos
Elektromagnetinė banga yra skersinė banga, susidedanti iš plokštumoje svyruojančios elektrinio lauko bangos statmena (stačiu kampu) magnetinio lauko bangai, kurios abi statmenos krypčiai judesio.
Kadangi elektromagnetinė spinduliuotė veikia kaip banga, bet kuri konkreti elektromagnetinė banga ar šviesos banga turės su ja susijusį dažnį ir bangos ilgį. Bangos ilgio ir dažnio sandauga yra bangos greitis.
Tačiau elektromagnetinėms bangoms nereikia terpės, per kurią sklinda, taigi ir gali įveikti tuščios erdvės vakuumą (kurį jie daro šviesos greičiu - greičiausiu greičiu visata).
Elektromagnetinės bangos būna įvairios, įskaitant radijo bangas, mikrobangas, infraraudonąją spinduliuotę, matomą šviesą, ultravioletinę spinduliuotę, rentgeno spindulius ir gama spindulius.
Be to, kadangi elektromagnetinė banga yra skersinė, amplitudė statmena judėjimo krypčiai, ją galima poliarizuoti - yra daug galimų plokštumų, statmenų judėjimo krypčiai, tačiau poliarizuota banga turės skersinę amplitudę tik vienoje iš juos. Išilginės bangos, tokios kaip garso bangos, pasislenka tik judėjimo kryptimi, todėl jų negalima poliarizuoti.
Šviesos poliarizacija
Nepoliarizuotos šviesos bangos turi kelias viršutines orientacijas. Šviesos bangos turi ir elektrinį, ir magnetinį laukus, visada stačiu kampu viena kitos atžvilgiu - pagal susitarimą poliarizaciją apibrėžia elektrinio lauko kryptis. Žvelgdami į viršų, galime pamatyti elektrinio lauko vektorius, nukreiptus į visas skirtingas puses.
Kai šviesa praleidžiama per poliarizatorių arba poliarizuojantį filtrą, filtras praleidžia tik tą šviesos dalį, kurios elektrinio lauko linijos orientuotos lygiagrečiai filtrui. Dėl to šviesa tampa poliarizuota - visa tai orientuota ta pačia kryptimi. Tai yra tiesinė poliarizacija.
Šviesa, gaunama iš lempučių ar saulės, nėra poliarizuota. Dažniausiai poliarizuotos šviesos šaltiniai yra lazeriai. Jei prieš krintantį šviesos šaltinį vienas prieš kitą stačiu kampu laikomi du poliarizaciniai filtrai, visa šviesa bus užblokuota. Jei kampas yra mažesnis (pavyzdžiui, 45 laipsniai), tik dalis šviesos yra užblokuota.
Šviesos poliarizatoriai yra trijų tipų: atspindintys, dichroiški ir dvilypiai. Atspindintys poliarizatoriai leidžia praleisti tik tam tikrą šviesos poliarizaciją, tuo pačiu atspindėdami likusius; dichroiniai poliarizatoriai elgiasi priešingai, tik blokuoja tam tikrą šviesos poliarizaciją, tuo pačiu leidžiant praeiti visiems kitiems. Dviejų lūžių metu skirtinga šviesos poliarizacija lūžta skirtingais kampais, leidžianti pasirinkti skirtingą šviesos poliarizaciją, atsižvelgiant į tai, kokios poliarizacijos pageidaujama.
Šviesos poliarizacija yra tai, kaip filmai projektuojami 3D formatu. Kino žiūrovams skirti 3D akiniai iš tikrųjų turi priešingus poliarizuojančius filtrus kiekviename objektyve; pavyzdžiui, horizontalus filtras kairėje ir vertikalus filtras dešinėje. Tada filmas yra suprojektuotas tame pačiame ekrane iš dviejų skirtingų projektorių, vienas iš jų - vertikaliai, o kitas - horizontaliai. Tada kairė akis mato šiek tiek kitokį vaizdą nei dešinė akis, o smegenys sujungia vaizdus, kad sukurtų gylio suvokimą.
Brewsterio kampas ir poliarizacija atspindint
Kai šviesos pluoštas patenka į medžiagos paviršių, dalis šviesos atsispindi, o dalis lūžta (ji keliauja per medžiagą). Krintančios šviesos kampas, reikalingas tam, kad atspindėta šviesa ir lūžusi šviesa būtų tiksliai stačiu kampu, vadinamas Brewsterio kampu.
Kai kritimo kampas yra lygus Brewsterio kampui (priklauso nuo bet kurios terpės sudėties) paviršiaus pusė), o krintanti šviesa nėra poliarizuota, tai sukels tiesinę atspindžio poliarizaciją lengvas. Jei krintanti šviesa turi specifinę poliarizaciją, ypač medžiagą, ji bus lūžta tik be atspindimos šviesos.
Kodėl taip nutinka? Kai krintančią šviesą laikinai sugeria medžiagos paviršiuje esantys atomai, medžiagos atomuose esantys elektronai svyruoja. Kadangi šviesos bangos yra skersinės, poliarizacija turi būti statmena bangos judėjimo krypčiai. Taigi, jei krintančios bangos poliarizacija yra ta kryptimi, kuria atspindėta banga turėtų būti, atspindėta banga negali egzistuoti.
Jei krintanti šviesa nėra poliarizuota, atspindėta šviesa bus poliarizuota horizontaliai, lygiagrečiai atspindinčiam paviršiui. Tai vadinama s-poliarizuota šviesa. Šviesa, kurios poliarizacija yra kritimo plokštumoje, arba plokštuma, suformuota iš krintančios šviesos judėjimo krypties ir vektoriaus, statmeno paviršiui, vadinama p-poliarizuota.
Poliarizuoti saulės akiniai naudoja Brewsterio kampo koncepciją, kad sumažintų saulės šviesos atspindėjimą nuo horizontalių paviršių. Kai danguje žemai saulė, atsispindinčiame atspindyje nuo paviršiaus, pavyzdžiui, vandens ir kelių, yra daug s-poliarizuotos šviesos. Poliarizuoti akiniai nuo saulės blokuoja šią poliarizaciją turinčią šviesą ir sumažina akinimą.
Poliarizacija sklaidant
Sklaidant krintančią šviesą nuo oro molekulių, šviesa yra tiesiškai poliarizuota statmenai kritimo plokštumai. Oro molekulės perneša savo mažą virpesį viena kryptimi, vadinamą dipolio momentu, ir jos spinduliuoja energiją statmenai to virpesio linijai. Taigi, jei molekulės dipolio momentas svyruoja pirmyn ir atgal y- ašis, krintanti nepoliarizuota šviesa ją išsklaidys xkryptis, poliarizuota ykryptis (lygiagreti dipoliui).
Jei krintančios šviesos bangos ilgis yra palyginamas su molekulių dydžiu, tai vadinama Rayleigh sklaida. Rayleigho sklaida yra atsakinga už dangaus spalvą, nesvarbu, ar tai graži gražios dienos mėlyna spalva, ar saulėlydžio giliai raudona spalva; spalvos kinta priklausomai nuo saulės spindulių patekimo į atmosferą kampo.
Poliarizacija refrakcijos būdu
Poliarizacija taip pat gali atsirasti dėl šviesos lūžio arba lenkimo, kai ji pereina iš vienos terpės į kitą. Dažniausiai poliarizacija įvyksta statmenai paviršiui.
Kai medžiagos lūžio rodiklis priklauso nuo šviesos kritimo krypties ir poliarizacijos, jis vadinamas dvilypiu. Dviejų lūžių medžiagose krintantis šviesos spindulys poliarizacijos būdu yra padalijamas į du medžiagos viduje esančius spindulius, kurie eina šiek tiek skirtingais keliais.
Kai kurie mokslininkai įtaria, kad vikingai galėjo naudoti dvigubai lūžtantį kristalų tipą, vadinamą „kalcitu“. navigacinę pagalbą, nes jos lūžio poliarizacines savybes galima naudoti saulei surasti debesuotą dieną ar net žemiau horizonto.
Žiedinė poliarizacija
Apykaitinė poliarizacija yra poliarizacijos būsena, kai elektrinio lauko kryptis sukasi apskritime su laiku tolygiai, plokštumoje, statmenoje sklidimo krypčiai. Tai galima įsivaizduoti, kai elektrinis lauko vektorius, sklindantis bangai, aplink sklidimo ašį ištraukia spiralę. (Taip pat galima elipsinė poliarizacija, kai spiralė yra šiek tiek suplanuota vienoje dimensijoje.)
Jei žiūrint į šviesos šaltinio kryptį atrodo, kad elektrinio lauko vektorius sukasi prieš laikrodžio rodyklę, šviesa vadinama dešiniojo apskritimo poliarizuota. Jei atrodo, kad vektorius sukasi pagal laikrodžio rodyklę, šviesa vadinama kairės, apskritimo formos poliarizuota.
Apykaitinę poliarizaciją sukuria dvi tiesiškai poliarizuotos šviesos bangos, poliarizuotos statmenai viena kitai ir kiekviena sklinda 90 laipsnių iš fazės. Elipsinė poliarizacija yra tada, kai vienos iš šių šviesos bangų amplitudė yra mažesnė nei kitų, sukuriant elipsę, o ne apskritimą.
