Du kan ha på deg et par polariserte solbriller, men hva betyr dette? Hvordan er de forskjellige enn andre typer solbriller, og hvorfor er de nyttige? Polarisering, når det gjelder lys, refererer til prosessen med å orientere eller filtrere lysbølger i en enkelt retning, noe som påvirker det du kan se.
Lys som elektromagnetiske bølger
En elektromagnetisk bølge er en tverrbølge som består av en elektrisk feltbølge som svinger i et plan vinkelrett (i rette vinkler) mot en magnetfeltbølge, som begge er vinkelrett på retningen av bevegelse.
Siden elektromagnetisk stråling virker som en bølge, vil enhver bestemt elektromagnetisk bølge eller lysbølge ha en frekvens og bølgelengde forbundet med den. Produktet av bølgelengde og frekvens er bølgehastigheten.
Imidlertid krever elektromagnetiske bølger ikke et medium de kan spre seg gjennom, og kan dermed kryss vakuumet i det tomme rommet (som de gjør med lysets hastighet - den raskeste hastigheten i univers).
Elektromagnetiske bølger kommer i mange varianter, inkludert radiobølger, mikrobølger, infrarød stråling, synlig lys, ultrafiolett stråling, røntgen og gammastråler.
I tillegg, siden en elektromagnetisk bølge er tverrgående med amplitude vinkelrett på bevegelsesretningen, kan den polariseres - det er mange mulige plan vinkelrett på bevegelsesretningen, men en polarisert bølge vil ha tverrgående amplitude i bare ett av dem. Lengdebølger som lydbølger har bare forskyvning i bevegelsesretningen, og derfor kan de ikke polariseres.
Polarisering av lys
Upolariserte lysbølger har flere overlappende retninger. Lysbølger har både elektriske og magnetiske felt, alltid i rett vinkel til hverandre - etter konvensjon er polarisering definert av retningen til det elektriske feltet. Ser vi på hodet, ser vi kanskje de elektriske feltvektorene som peker i alle forskjellige retninger.
Når lys føres gjennom en polarisator eller et polariserende filter, lar filteret bare den delen av lyset med elektriske feltlinjer orientert parallelt med filteret passere gjennom. Som et resultat blir lyset polarisert - alt orientert i samme retning. Dette er lineær polarisering.
Lys som kommer fra lyspærer eller solen er ikke polarisert. De vanligste kildene til polarisert lys er lasere. Hvis to polariserende filtre holdes vinkelrett på hverandre foran en innfallende lyskilde, vil alt lys bli blokkert. Hvis vinkelen er mindre (for eksempel 45 grader), er bare noe av lyset blokkert.
Lyspolarisatorer kommer i tre typer: reflekterende, dikroisk og dobbeltbrytende. Reflekterende polarisatorer tillater bare en viss polarisering av lyset å passere gjennom mens de reflekterer resten; dikroiske polarisatorer gjør det motsatte, bare blokkerer en viss polarisering av lys mens de lar alle andre passere. I dobbeltbryting vil forskjellige lyspolarisasjoner bryte i forskjellige vinkler, slik at forskjellige polarisasjoner av lys kan velges avhengig av hvilken polarisering som er ønsket.
Lyspolarisering er hvordan filmer projiseres i 3D. 3D-brillene gitt til filmgjengere har faktisk motsatte polariserende filtre i hver linse; et horisontalt filter i venstre og et vertikalt filter i høyre, for eksempel. Filmen projiseres deretter på samme skjerm fra to forskjellige projektorer, et projiserende lys polarisert vertikalt og et projiserende lys polarisert horisontalt. Venstre øye ser da et litt annet bilde enn høyre øye, og hjernen kombinerer bildene for å skape en oppfatning av dybde.
Brewster's Angle and Polarization by Reflection
Når en lysstråle faller inn på en overflate av et materiale, reflekteres noe av lyset og noe av det brytes (det beveger seg gjennom materialet). Vinkelen på innfallende lys som kreves for at det reflekterte lyset og refraktert lys skal være i en nøyaktig rett vinkel, kalles Brewsters vinkel.
Når innfallsvinkelen er lik Brewsters vinkel (avhengig av medietes sammensetninger på begge siden av overflaten), og det innfallende lyset er upolarisert, vil det forårsake lineær polarisering av det reflekterte lys. Hvis det innfallende lyset har en spesifikk polarisering, spesielt for materialet, vil det bare brytes uten reflektert lys i det hele tatt.
Hvorfor skjer dette? Når det innfallende lyset absorberes midlertidig av atomene i overflaten av materialet, svinger elektronene i materialets atomer. Fordi lysbølger er tverrgående, må polarisasjonen være vinkelrett på bølgerets bevegelsesretning. Så hvis polarisasjonen av den innfallende bølgen er i den retningen den reflekterte bølgen skal være, kan den reflekterte bølgen ikke eksistere.
Hvis det innfallende lyset er upolarisert, vil det reflekterte lyset være polarisert horisontalt, parallelt med den reflekterende overflaten. Dette kalles s-polarisert lys. Lys med polarisering i innfallsplanet, eller planet dannet fra bevegelsesretningen for det innfallende lyset og en vektor vinkelrett på overflaten, kalles p-polarisert.
Polariserte solbriller bruker begrepet Brewsters vinkel for å redusere solrefleksjon fra horisontale overflater. Når solen er lav på himmelen, er det mye s-polarisert lys i reflektert blending fra overflater som vann og veier. Polariserte solbriller blokkerer lys som har denne polarisasjonen, og reduserer gjenskinn.
Polarisering ved spredning
Spredning av innfallende lys fra luftmolekyler får lys til å bli lineært polarisert vinkelrett på innfallsplanet. Luftmolekyler bærer sin egen lille svingning i en retning, kjent som et dipolmoment, og de utstråler energi vinkelrett på linjen for svingningen. Så hvis et molekyls dipolmoment svinger fram og tilbake på y-akse, innfallende upolarisert lys vil spre seg av det i x-retning, polarisert i y-retning (parallelt med dipolen).
Hvis bølgelengden til det innfallende lyset er sammenlignbar med størrelsen på molekylene, kalles dette Rayleigh-spredning. Rayleigh-spredning er ansvarlig for himmelens farge, enten det er en dypblå av en vakker dag eller den dyprøde av en solnedgang; fargene endres avhengig av innfallsvinkelen til sollys på atmosfæren.
Polarisering ved brytning
Polarisering kan også forekomme ved refraksjon, eller bøying av lys når det går fra ett medium til et annet. Oftest skjer polarisasjonen vinkelrett på overflaten.
Når et materialets brytningsindeks avhenger av hendelsesretningen og polarisasjonen av lyset, kalles det tobrytende. I dobbeltbrytende materialer blir en innfallende lysstråle delt av polarisering i to stråler inne i materialet, som tar litt forskjellige baner.
Noen forskere mistenker at en dobbeltbrytende type krystall kalt "kalsitt" kan ha blitt brukt av vikingene som en navigasjonshjelpemiddel, da dets brytende polariserende egenskaper kan brukes til å lokalisere solen på en overskyet dag, eller til og med under horisont.
Sirkulær polarisering
Sirkulær polarisering er en polarisasjonstilstand der retning av det elektriske feltet roterer sirkulært over tid med jevn hastighet i et plan vinkelrett på forplantningsretningen. Dette kan tenkes som den elektriske feltvektoren som trekker ut en helix rundt forplantningsaksen når bølgen forplanter seg. (Elliptisk polarisering, der spiralen er litt klemt i en dimensjon, er også mulig.)
Hvis den elektriske feltvektoren ser ut i retning av lyskilden, ser ut til å rotere mot klokken, kalles lyset høyre-sirkulært polarisert. Hvis vektoren ser ut til å rotere med klokken, kalles lyset venstre-sirkulært polarisert.
Sirkulær polarisering er skapt av to lineære polariserte lysbølger, polarisert vinkelrett på hverandre, og hver forplantning 90 grader ut av fase. Elliptisk polarisering er når en av disse lysbølgene har en mindre amplitude enn den andre, og skaper en ellipse i stedet for en sirkel.