Jūs varētu valkāt pāris polarizētas saulesbrilles, bet ko tas nozīmē? Ar ko tās atšķiras no cita veida saulesbrillēm un kāpēc tās ir noderīgas? Polarizācija gaismas ziņā attiecas uz gaismas viļņu orientēšanas vai filtrēšanas procesu vienā virzienā, kas ietekmē redzamo.
Gaisma kā elektromagnētiskie viļņi
Elektromagnētiskais vilnis ir šķērsvirziena vilnis, kas sastāv no elektriskā lauka viļņa, kas svārstās plaknē perpendikulāri (taisnā leņķī) magnētiskā lauka vilnim, kas abi ir perpendikulāri kustība.
Tā kā elektromagnētiskais starojums darbojas kā vilnis, tad jebkuram konkrētam elektromagnētiskajam vai gaismas vilnim ar to būs saistīta frekvence un viļņa garums. Viļņa garuma un frekvences reizinājums ir viļņa ātrums.
Tomēr elektromagnētiskajiem viļņiem nav nepieciešama barotne, caur kuru tie varētu izplatīties, un tādējādi tie var šķērsot tukšās vietas vakuumu (ko viņi dara ar gaismas ātrumu - visātrāko ātrumu Visums).
Elektromagnētiskie viļņi ir daudzveidīgi, ieskaitot radioviļņus, mikroviļņus, infrasarkano starojumu, redzamo gaismu, ultravioleto starojumu, rentgenstarus un gamma starus.
Turklāt, tā kā elektromagnētiskais vilnis ir šķērsvirzienā ar amplitūdu perpendikulāri kustības virzienam, to var polarizēt - ir daudz iespējamo plakņu, kas ir perpendikulāras kustības virzienam, bet polarizētam vilnim šķērsvirziena amplitūda būs tikai vienā no tos. Garenvirziena viļņiem, piemēram, skaņas viļņiem, ir pārvietojums tikai kustības virzienā, un tāpēc tos nevar polarizēt.
Gaismas polarizācija
Nepolarizētiem gaismas viļņiem ir vairākas uzliktas orientācijas. Gaismas viļņiem ir gan elektriskais, gan magnētiskais lauks, kas vienmēr ir taisnā leņķī viens pret otru - pēc vienošanās polarizāciju nosaka elektriskā lauka virziens. Skatoties uz priekšu, mēs varētu redzēt elektriskā lauka vektorus, kas vērsti visos dažādos virzienos.
Kad gaisma tiek izvadīta caur polarizatoru vai polarizācijas filtru, filtrs iziet cauri tikai tai gaismas daļai, kurai elektriskā lauka līnijas ir orientētas paralēli filtram. Tā rezultātā gaisma kļūst polarizēta - visa tā ir vērsta vienā virzienā. Tā ir lineāra polarizācija.
Gaisma, kas nāk no spuldzēm vai saule, nav polarizēta. Visizplatītākie polarizētās gaismas avoti ir lāzeri. Ja divi polarizācijas filtri tiek turēti taisnā leņķī viens pret otru krītošā gaismas avota priekšā, visa gaisma tiks bloķēta. Ja leņķis ir mazāks (piemēram, 45 grādi), tikai daļa gaismas tiek bloķēta.
Gaismas polarizatori ir trīs veidu: atstarojoši, dihroiski un abpusēji plīstoši. Atstarojošie polarizatori ļauj iziet cauri tikai noteiktai gaismas polarizācijai, atstarojot pārējo; dihroīdie polarizatori rīkojas pretēji, tikai bloķējot noteiktu gaismas polarizāciju, vienlaikus ļaujot visiem citiem iziet cauri. Divu laužu gadījumā dažādas gaismas polarizācijas laužas dažādos leņķos, ļaujot izvēlēties dažādas gaismas polarizācijas atkarībā no vēlamās polarizācijas.
Gaismas polarizācija ir tas, kā filmas tiek projicētas 3D formātā. 3D skatītājiem, kas tiek piešķirti filmu apmeklētājiem, katrā objektīvā faktiski ir pretēji polarizējoši filtri; piemēram, horizontālais filtrs kreisajā pusē un vertikālais filtrs labajā pusē. Pēc tam filma tiek projicēta uz tā paša ekrāna no diviem dažādiem projektoriem, no kuriem viens projicē vertikāli polarizētu gaismu un viens horizontāli polarizētu gaismu. Tad kreisā acs redz nedaudz atšķirīgu attēlu nekā labā acs, un smadzenes apvieno attēlus, lai radītu dziļuma uztveri.
Brewster leņķis un polarizācija ar atspoguļojumu
Kad gaismas kūlis notiek uz materiāla virsmas, daļa gaismas tiek atstarota, bet daļa - laužas (tā pārvietojas pa materiālu). Krītošās gaismas leņķi, kas nepieciešams, lai atstarotā gaisma un lauztā gaisma atrastos tieši taisnā leņķī, sauc par Brūstera leņķi.
Kad kritiena leņķis ir vienāds ar Brewster leņķi (atkarīgs no kāda no nesēju sastāviem virsmas pusē), un krītošā gaisma nav polarizēta, tas izraisīs atstarotā lineāro polarizāciju gaisma. Ja krītošajai gaismai ir īpaša polarizācija, īpaši attiecībā uz materiālu, tā tiks lauzta tikai bez atstarotas gaismas.
Kāpēc tas notiek? Kad krītošo gaismu uz laiku absorbē materiāla virsmas atomi, materiāla atomos esošie elektroni svārstās. Tā kā gaismas viļņi ir šķērsvirzienā, polarizācijai jābūt perpendikulārai viļņa kustības virzienam. Tātad, ja krītošā viļņa polarizācija ir virzienā, kurā jābūt atstarotajam vilnim, atstarotais vilnis nevar pastāvēt.
Ja krītošā gaisma nav polarizēta, atstarotā gaisma tiek polarizēta horizontāli, paralēli atstarojošajai virsmai. To sauc par s-polarizēto gaismu. Gaismu ar polarizāciju krituma plaknē vai plakni, kas veidojas no krītošās gaismas kustības virziena un vektora, kas ir perpendikulāra virsmai, sauc par p-polarizētu.
Polarizētās saulesbrillēs tiek izmantots Brewster leņķa jēdziens, lai samazinātu saules gaismas atstarošanu no horizontālām virsmām. Kad saule atrodas zem debesīm, atstarotā atspīdumā no virsmām, piemēram, ūdens un ceļiem, ir daudz s-polarizētas gaismas. Polarizētās saulesbrilles bloķē gaismu ar šo polarizāciju, samazinot atspulgu.
Polarizācija izkliedējot
Krītošās gaismas izkliede no gaisa molekulām izraisa gaismas lineāru polarizāciju perpendikulāri ielidošanas plaknei. Gaisa molekulas nes savu mazo svārstību vienā virzienā, ko dēvē par dipola momentu, un tās izstaro enerģiju perpendikulāri šīs svārstību līnijai. Tātad, ja molekulas dipola moments svārstās uz priekšu un atpakaļ uz y- ass, notiekošā nepolarizētā gaisma no tās izkliedēs xvirziens, polarizēts y-virziens (paralēli dipolam).
Ja krītošās gaismas viļņa garums ir salīdzināms ar molekulu lielumu, to sauc par Reila izkliedi. Rayleigh izkliedēšana ir atbildīga par debesu krāsu neatkarīgi no tā, vai tā ir dziļi zila no skaistas dienas vai dziļi sarkanā saulrieta krāsa; krāsas mainās atkarībā no saules gaismas sastopamības leņķa atmosfērā.
Polarizācija ar refrakciju
Polarizācija var notikt arī gaismas laušanas vai saliekšanās rezultātā, pārejot no vienas barotnes uz otru. Visbiežāk polarizācija notiek perpendikulāri virsmai.
Kad materiāla refrakcijas indekss ir atkarīgs no gaismas krišanas virziena un polarizācijas, to sauc par abpusēji plīstošu. Divpusēji plīstošos materiālos krītošais gaismas stars tiek sadalīts, polarizējoties, divos staros materiāla iekšpusē, kas iet nedaudz dažādos ceļos.
Dažiem zinātniekiem ir aizdomas, ka vikingi, iespējams, ir izmantojuši divšķautņu kristālu, ko sauc par "kalcītu". navigācijas palīglīdzeklis, jo tā refrakcijas polarizācijas īpašības varētu izmantot saules atrašanai mākoņainā dienā vai pat zem horizonts.
Apļveida polarizācija
Cirkulārā polarizācija ir polarizācijas stāvoklis, kurā elektriskā lauka virziens ar laiku vienmērīgi rotē plaknē, kas ir perpendikulāra izplatīšanās virzienam. To var iedomāties, kad elektriskā lauka vektors vilnim izplatoties, ap izplatīšanās asi izvelk spirāli. (Iespējama arī elipsveida polarizācija, kurā spirāle ir nedaudz nošķelta vienā dimensijā.)
Ja, skatoties gaismas avota virzienā, šķiet, ka elektriskā lauka vektors rotē pretēji pulksteņrādītāja virzienam, gaismu sauc par labo, apļveida polarizēto. Ja šķiet, ka vektors rotē pulksteņrādītāja kustības virzienā, gaismu sauc par kreisi apļveida polarizētu.
Apļveida polarizāciju rada divi lineāri polarizēti gaismas viļņi, kas polarizēti perpendikulāri viens otram un katrs no tiem izplatās par 90 grādiem ārpus fāzes. Eliptiska polarizācija ir tad, kad vienam no šiem gaismas viļņiem ir mazāka amplitūda nekā citiem, radot elipsi, nevis apli.