Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate: definiție, descriere și formulă

Astăzi va dezvălui esența naturii val de lumină și faptul că fenomenul asociat de „gradul de polarizare.“

Abilitatea de a vedea și de a lumina

Natura luminii și abilitatea de ao vedea se referă la mintea umană de mult timp. Vechii greci, încercând să explice viziunea, a sugerat: fie ochiul emite unele „raze“ care „dibuite“ obiectelor din jurul lui și, prin urmare, să informeze persoana de formă și forma lor, sau lucrurile se radieze ceva care surprind oamenii și să judece cum funcționează lucrurile . Teoriile s-au dovedit a fi departe de adevăr: ființele vii văd datorită luminii reflectate. Din această realizare a capacității de a da seama ce este gradul de polarizare, el a rămas un singur pas - să înțeleagă că lumina este un val.

Lumina este un val

La studierea mai detaliată a luminii sa constatat că: în absența handicapurilor se extinde pe o linie dreaptă și nu se oprește nicăieri. Dacă pe calea razei apare un obstacol opac, atunci se formează umbre și unde lumina în sine pleacă, oamenii nu erau interesați. Dar, de îndată ce emisiile se confruntă cu un mediu transparent, lucruri uimitoare se întâmplă: direcția de propagare a fasciculului schimbat și estompat. În 1678 H. Huygens a sugerat că acest lucru poate fi explicat prin singurul fapt: lumina este un val. Omul de știință a format principiul Huygens, care a fost ulterior completat de Fresnel. Datorită a ceea ce astăzi oamenii știu să determine gradul de polarizare.

Principiul Huygens-Fresnel

Conform acestui principiu, orice punct al mediei la care a ajuns frontul valurilor este o sursă secundară de radiație coerentă, iar plicul tuturor fronturilor acestor puncte acționează ca frontul undei în următoarea secvență de timp. Astfel, dacă lumina se propagă fără interferență, în fiecare moment următor, frontul valului va fi același ca cel din precedent. Dar merită raza să se întâlnească cu obstacolul, pe măsură ce un alt factor intră în joc: spre deosebire de medii, lumina se propagă cu viteze diferite. Astfel, acel foton, care a reușit să ajungă mai întâi la celălalt mediu, se va răspândi mai repede decât ultimul foton din fascicul. În consecință, frontul valului se va îndoi. Gradul de polarizare nu are nimic de-a face cu el, ci este necesar să înțelegem în totalitate acest fenomen.

Timpul procesului

Merită menționat faptul că toate aceste schimbări se întâmplă incredibil de rapid. Viteza luminii într-un vid este de trei sute de mii de kilometri pe secundă. Orice mediu încetinește lumina, dar nu prea mult. Timpul pentru care frontul valului este distorsionat în timpul trecerii de la un mediu la altul (de exemplu, din aer în apă) este extrem de mic. Ochiul uman nu poate vedea acest lucru, și nu prea mult ce dispozitiv poate înregistra astfel de procese scurte. A înțelege astfel fenomenul este pur teoretică. Acum, pe deplin conștient de ceea ce este radiația, cititorul va dori să înțeleagă cum să găsim gradul de polarizare a luminii? Nu vom înșela așteptările sale.

Polarizarea luminii

Mai sus am menționat deja că în diferite medii fotonii de lumină au viteze diferite. Din moment ce lumina este o undă electromagnetică transversală (nu este o condensare și rarefacție a mediului), ea are două caracteristici principale:

• vectorul de undă;
• amplitudinea (de asemenea, o cantitate vectorială).

Prima caracteristică indică unde un fascicul de lumină este direcționată, deci există vectorul de polarizare, adică un vector care este îndreptată spre intensitatea câmpului electric. Aceasta permite rotirea în jurul vectorului de undă. Lumina naturală, de exemplu, radiată de Soare, nu are polarizare. Oscilațiile sunt distribuite în toate direcțiile cu probabilitate egală, nu există nici o direcție sau figura aleasă de-a lungul căreia capătul vectorului de undă oscilează.

Tipuri de lumină polarizată

Înainte de a afla cum să calculați formula pentru gradul de polarizare și să efectuați calcule, merită să înțelegeți ce fel de lumină polarizată există.

1. Polarizarea eliptică. Sfârșitul vectorului de undă al unei astfel de lumini descrie o elipsă.
2. Polarizarea liniară. Acesta este un caz special al primei opțiuni. După cum puteți vedea din titlu, imaginea în acest caz este o direcție.
3. Polarizarea circulară. Într-un alt mod, se mai numește și circulară.

Orice lumină naturală poate fi reprezentată ca suma a două elemente reciproc perpendiculare polarizate. Trebuie amintit faptul că cele două valuri perpendicular polarizate nu interacționează. interferența lor nu este posibilă, pentru că în ceea ce privește amplitudinile de interacțiune ca și în cazul în care nu există unul pentru celălalt. Când se întâlnesc, pur și simplu merg fără să se schimbe.

Lumină parțial polarizată

Aplicarea efectului de polarizare este enormă. Prin direcționarea obiectului la lumina naturală și prin obținerea unei polarizări parțiale, oamenii de știință pot judeca proprietățile suprafeței. Dar cum să determinăm gradul de polarizare a luminii parțial polarizate?

Există o formulă NA. Umov:

P = (I_culoar-eu_abur) / (I_culoar+eu_abur), unde I_culoar Este intensitatea luminii într-o direcție perpendiculară pe planul polarizatorului sau al suprafeței de reflexie și I_abur - Paralel. Valoarea P poate lua valori de la 0 (pentru lumina naturală, lipsită de orice fel de polarizare) la 1 (pentru radiația polarizate plane).

Pot lumina naturală să fie polarizată?

Întrebarea este la prima vedere ciudată. La urma urmei, radiația, în care nu există direcții alocate, este de obicei numită naturală. Cu toate acestea, pentru locuitorii de pe suprafața Pământului, acesta este într-un sens o aproximare. Soarele oferă un flux de unde electromagnetice de diferite lungimi. Această radiație nu este polarizată. Dar trecând printr-un strat gros de atmosferă, radiația dobândește o polarizare neglijabilă. Deci, gradul de polarizare a luminii naturale ca întreg nu este egal cu zero. Dar magnitudinea este atât de mică, încât este deseori neglijată. Este luată în considerare doar în cazul unor calcule astronomice precise, unde cea mai mică eroare poate adăuga stelei ani sau distanței față de sistemul nostru.

De ce polarizează lumina?

Deasupra adesea am spus că, spre deosebire de medii, fotonii se comportă diferit. Dar nu au menționat de ce. Răspunsul depinde de ce fel de mediu vorbim, cu alte cuvinte, în ce stare este.

1. Mediul este un corp cristalin cu o structură strict periodică. De obicei, structura unei astfel de substanțe este reprezentată ca o rețea cu ioni de bile fixe. Dar, în general, acest lucru nu este absolut corect. O astfel de aproximare este adesea justificată, dar nu și în cazul interacțiunii dintre radiația cristalină și electromagnetică. De fapt, fiecare ion oscilează în jurul poziției sale de echilibru, și nu la întâmplare, ci în conformitate cu ceea ce el are vecini cu privire la ceea ce distantele sunt și cât de mulți dintre ei. Deoarece toate aceste oscilații sunt programate strict de un mediu rigid, atunci fotonul absorbit emis este emis de acest ion doar într-o formă strict definită. Acest fapt dă naștere la altul: ceea ce va fi polarizarea fotonului emergent, depinde de direcția în care a intrat în cristal. Aceasta se numește anizotropia proprietăților.
2. Mediul este lichid. Aici răspunsul este mai complicat, deoarece există doi factori - complexitatea moleculelor și fluctuațiile (densitatea condensării). În sine, molecule complexe lungi organice au o structură definită. Chiar și cele mai simple molecule de acid sulfuric nu sunt haotice cheag sferice, iar forma cruciform destul de beton. Un alt lucru este că toți în condiții normale sunt situați haotic. Cu toate acestea, al doilea factor (fluctuație) este capabil să creeze condiții în care un număr mic de molecule formează într-un volum mic ceva asemănător unei structuri temporale. În același timp, sau toate moleculele sunt aceeași direcție, sau vor fi amplasate una în raport cu cealaltă în unele anumite unghiuri. Dacă lumina în acest moment trece printr-o astfel de porțiune a lichidului, ea va dobândi o polarizare parțială. Concluzionăm că temperatura afectează foarte mult polarizarea lichidului: este mai mare temperatura, cu atât mai mare turbulența, și vor fi formate mai multe astfel de site-uri. Ultima concluzie se datorează teoriei autoorganizării.
3. Mediul este gaz. În cazul unui gaz omogen, polarizarea apare din cauza fluctuațiilor. De aceea lumina naturală a Soarelui, care trece prin atmosferă, dobândește o mică polarizare. De aceea, culoarea cerului este albastră: dimensiunea medie a elementelor ambalate este astfel încât radiația electromagnetică a culorilor albastre și violete este disipată. Dar dacă avem de-a face cu un amestec de gaze, atunci este mult mai dificil de calculat gradul de polarizare. Aceste probleme sunt deseori rezolvate de astronomii care investighează lumina unei stele care trece printr-un nor molecular dens de gaze. Prin urmare, este atât de dificil și interesant să studiem galaxiile și grupările îndepărtate. Dar astronomii se descurcă și dau imagini uimitoare oamenilor.