Işığın Polarizasyonu: Tanımı, Yansıması, Kırılması ve Saçılması

Bir çift polarize güneş gözlüğü takabilirsiniz ama bu ne anlama geliyor? Diğer güneş gözlüklerinden nasıl farklıdırlar ve neden faydalıdırlar? Polarizasyon, ışık açısından, ışık dalgalarını tek bir yönde yönlendirme veya filtreleme sürecini ifade eder ve bu, görebildiğiniz şeyi etkiler.

Elektromanyetik dalga, bir düzlemde salınan bir elektrik alan dalgasından oluşan enine bir dalgadır. yönüne dik olan bir manyetik alan dalgasına dik (dik açılarda) hareket.

Elektromanyetik radyasyon bir dalga gibi davrandığından, herhangi bir belirli elektromanyetik dalga veya ışık dalgası, kendisiyle ilişkili bir frekansa ve dalga boyuna sahip olacaktır. Dalga boyu ve frekansın ürünü dalga hızıdır.

Bununla birlikte, elektromanyetik dalgalar, yayılmak için bir ortama ihtiyaç duymazlar ve bu nedenle boş uzayın boşluğunu katederler (ki bunu ışık hızında yaparlar - evrendeki en yüksek hız). Evren).

Elektromanyetik dalgalar, radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi radyasyon, görünür ışık, ultraviyole radyasyon, x-ışınları ve gama ışınları dahil olmak üzere birçok çeşide sahiptir.

Ek olarak, bir elektromanyetik dalga genliği hareket yönüne dik olan enine olduğu için polarize olabilir - hareket yönüne dik birçok olası düzlem vardır, ancak polarize bir dalganın sadece birinde enine genliği olacaktır. onları. Ses dalgaları gibi boyuna dalgalar sadece hareket yönünde yer değiştirir ve bu nedenle polarize edilemezler.

Polarize olmayan ışık dalgalarının birden fazla üst üste bindirilmiş yönü vardır. Işık dalgalarının hem elektrik hem de manyetik alanları vardır, her zaman birbirlerine dik açılardadırlar - geleneksel olarak, polarizasyon elektrik alanının yönü ile tanımlanır. Başımıza baktığımızda, elektrik alan vektörlerinin tüm farklı yönlere işaret ettiğini görebiliriz.

Işık bir polarizör veya polarize filtreden geçirildiğinde, filtre ışığın yalnızca filtreye paralel yönlendirilmiş elektrik alan çizgileri olan kısmının geçmesine izin verir. Sonuç olarak, ışık polarize olur - hepsi aynı yöne yönlendirilir. Bu lineer polarizasyondur.

Ampullerden veya güneşten gelen ışık polarize değildir. Polarize ışığın en yaygın kaynakları lazerlerdir. Gelen bir ışık kaynağının önünde iki polarize filtre birbirine dik açılarda tutulursa, tüm ışık engellenecektir. Açı daha küçükse (örneğin 45 derece), ışığın yalnızca bir kısmı engellenir.

Işık polarizörleri üç tipte gelir: yansıtıcı, dikroik ve çift kırılımlı. Yansıtıcı polarizörler, ışığın yalnızca belirli bir polarizasyonunun geçmesine izin verirken geri kalanını yansıtır; dikroik polarizörler tam tersini yapar, sadece ışığın belirli bir polarizasyonunu engellerken diğerlerinin geçmesine izin verir. Çift kırılmada, ışığın farklı polarizasyonları farklı açılarda kırılır ve istenen polarizasyona bağlı olarak ışığın farklı polarizasyonlarının seçilmesine izin verir.

Işık polarizasyonu, filmlerin 3D olarak nasıl yansıtıldığıdır. Sinemaseverlere verilen 3D gözlüklerin aslında her lensinde zıt polarizasyon filtreleri var; örneğin solda yatay bir filtre ve sağda dikey bir filtre. Daha sonra film, biri dikey polarize ve biri yatay polarize yansıtılan ışık olmak üzere iki farklı projektörden aynı ekrana yansıtılır. Sol göz daha sonra sağ gözden biraz farklı bir görüntü görür ve beyin bir derinlik algısı oluşturmak için görüntüleri birleştirir.

Bir malzemenin yüzeyine bir ışık demeti geldiğinde, ışığın bir kısmı yansır ve bir kısmı kırılır (malzemenin içinden geçer). Yansıyan ışık ile kırılan ışığın tam olarak dik açıda olması için gereken ışık açısına Brewster açısı denir.

Gelme açısı Brewster açısına eşit olduğunda (her ikisinde de ortamların bileşimine bağlı olarak). yüzeyin tarafı) ve gelen ışık polarize değilse, yansıyan ışığın doğrusal polarizasyonuna neden olur. ışık. Gelen ışığın malzemeye özgü belirli bir polarizasyonu varsa, yalnızca hiç yansıyan ışık olmadan kırılacaktır.

Bu neden oluyor? Gelen ışık, malzemenin yüzeyindeki atomlar tarafından geçici olarak emildiğinde, malzemenin atomlarındaki elektronlar salınım yapar. Işık dalgaları enine olduğundan, polarizasyon dalganın hareket yönüne dik olmalıdır. Yani gelen dalganın polarizasyonu yansıyan dalganın olması gerektiği yönde ise yansıyan dalga var olamaz.

Gelen ışık polarize değilse, yansıyan ışık, yansıtıcı yüzeye paralel olarak yatay olarak polarize olacaktır. Buna s-polarize ışık denir. Geliş düzleminde polarize olan ışığa veya gelen ışığın hareket yönünden ve yüzeye dik bir vektörden oluşan düzleme p-polarize denir.

Polarize güneş gözlükleri, yatay yüzeylerden güneş ışığı yansımasını azaltmak için Brewster açısı kavramını kullanır. Güneş gökyüzünde alçaldığında, su ve yol gibi yüzeylerden yansıyan parlamada çok fazla s-polarize ışık vardır. Polarize güneş gözlükleri, bu polarizasyona sahip ışığı bloke ederek parlamayı azaltır.

Hava moleküllerinden gelen ışığın saçılması, ışığın geliş düzlemine dik lineer polarize olmasına neden olur. Hava molekülleri, dipol moment olarak bilinen bir yönde kendi küçük salınımlarını taşırlar ve bu salınım çizgisine dik enerji yayarlar. Yani eğer bir molekülün dipol momenti düzlem üzerinde ileri geri salınıyorsa, y-eksen, gelen polarize olmayan ışık, x-yön, polarize y-yön (dipole paralel).

Gelen ışığın dalga boyu moleküllerin boyutuyla karşılaştırılabilir ise buna Rayleigh saçılması denir. Rayleigh saçılması, güzel bir günün koyu mavisi veya gün batımının koyu kırmızısı olsun, gökyüzünün renginden sorumludur; renkler, güneş ışığının atmosfere gelme açısına bağlı olarak değişir.

Polarizasyon, ışığın bir ortamdan diğerine geçerken kırılması veya bükülmesiyle de meydana gelebilir. Çoğu zaman, polarizasyon yüzeye dik olarak gerçekleşir.

Bir malzemenin kırılma indisi ışığın geliş yönüne ve polarizasyonuna bağlı olduğunda buna çift kırılım denir. Çift kırılımlı malzemelerde, gelen bir ışık ışını, polarizasyon yoluyla malzemenin içinde biraz farklı yollar izleyen iki ışına bölünür.

Bazı bilim adamları, "kalsit" adı verilen çift kırılımlı bir kristal tipinin Vikingler tarafından bir kristal olarak kullanılmış olabileceğinden şüpheleniyorlar. Navigasyon yardımı, kırılma polarize edici özellikleri, bulutlu bir günde veya hatta güneşin altında güneşi bulmak için kullanılabildiğinden ufuk.

Dairesel polarizasyon, elektrik alan yönünün yayılma yönüne dik bir düzlemde sabit bir oranda zamanla dairesel olarak döndüğü bir polarizasyon durumudur. Bu, elektrik alan vektörünün dalga yayılırken yayılma ekseni etrafında bir sarmal çizdiği şeklinde hayal edilebilir. (Helezonun bir boyutta hafifçe ezildiği eliptik polarizasyon da mümkündür.)

Işık kaynağı yönüne bakıldığında elektrik alan vektörü saat yönünün tersine dönüyor gibi görünüyorsa, ışığa doğru dairesel polarize ışık denir. Vektör saat yönünde dönüyor gibi görünüyorsa, ışığa sol dairesel polarize ışık denir.

Dairesel polarizasyon, birbirine dik polarize ve her biri 90 derece faz dışı yayılan iki lineer polarize ışık dalgası tarafından oluşturulur. Eliptik polarizasyon, bu ışık dalgalarından birinin diğerinden daha küçük bir genliğe sahip olması ve bir daire yerine bir elips oluşturmasıdır.