Პოლარიზებული და ბუნებრივი სინათლე. განსხვავება პოლარიზებული სინათლისა და ბუნებრივია

ტალღები ორი სახისა. გრძივი ოსსილარულ დარღვევებში მათი გამრავლების მიმართულებით პარალელურად. მაგალითად არის ჰაერში ხმის გასასვლელი. გარდამავალი ტალღები შედგება 90% -იანი კუთხით განცალკევების მიმართულებით. მაგალითად, მაგალითად, ტალღა, რომელსაც ჰორიზონტალურად გადაჰყავს წყლის მასა, იწვევს ვერტიკალური რღვევა მის ზედაპირზე.

ფენომენის აღმოჩენა

მე -17 საუკუნის შუა რიცხვებში დაფიქსირებული რამდენიმე საიდუმლო ოპტიკური ეფექტი განისაზღვრა, როდესაც პოლარიზებული და ბუნებრივი სინათლე ტალღის ფენომენად განიხილებოდა და აღმოჩენილი იყო მისი რხევების მიმართულებები. პირველი ე.წ. პოლარიზაციის ეფექტი აღმოაჩინეს 1669 წელს დანიის ექიმის ერაზმუს ბარტოლის მიერ. მეცნიერმა შენიშნა ორმაგი რეფრაქცია, ან ისიც, რომ ისლანდიის სპარში ან კალციტებში (კალციუმის კარბონატის კრისტალური ფორმა). როდესაც სინათლე გადის კალციტის საშუალებით, კრისტალი გაყოფილია ორ სურათზე გამოსახული, რომელიც ერთმანეთთან შედარებით იცვლება.

ნიუტონმა იცოდა ამ ფენომენის შესახებ და ვარაუდობდა, რომ, სინათლის კორპუსებს აქვთ ასიმეტრია ან "ცალმხრივი", რაც შეიძლება იყოს ორი გამოსახულების ფორმირების მიზეზი. ჰუგენსმა, ნიუტონის თანამედროვე, შეძლო ახსნა ორიგინალური ტალღების თეორიის ორმაგი რეფრაცია, მაგრამ მას არ ესმოდა ეფექტის ნამდვილი მნიშვნელობა. ორმაგი უარყოფა დარჩა საიდუმლო სანამ თომას ახალგაზრდა და ფიზიკოსი საფრანგეთიდან Augustin-Jean Fresnel ვარაუდობს, რომ სინათლის ტალღების არიან განივი. მარტივი იდეა შესაძლებელი იყო იმის ახსნა, თუ რა პოლარიზებული და ბუნებრივი სინათლეა. პოლარიზაციის ეფექტიანობის ანალიზისათვის ეს ბუნებრივი და გაურთულებელი საფუძველი იყო.

საბირჟო გამოწვეულია გამოწვეული ორი პერპენდიკულარული პოლარიზაციის კომბინაციით, რომელთაგან თითოეული თავისი ტალღის სიჩქარეა. სიჩქარის სხვაობის გამო, ორი კომპონენტი განსხვავებული რეფრაქციული მაჩვენებლებია და, აქედან გამომდინარე, ისინი განსხვავდებიან მასალის მიხედვით, ორი გამოსახულების წარმოქმნით.

პოლარიზებული და ბუნებრივი სინათლე: მაქსველის თეორია

Fresnel სწრაფად შეიმუშავა კომპლექსური მოდელი გადაკვეთის ტალღების, რამაც birefringence და რიგი სხვა ოპტიკური ეფექტი. ორმოცი წლის შემდეგ მაქსველის ელექტრომაგნიტური თეორია ელეგანტურად განუმარტა სინათლის გადაკვეთის ბუნებას.

მაქსველის ელექტრომაგნიტური ტალღები შედგება მაგნიტური და ელექტრული ველებისაგან, რომელთა გადაადგილებისას პერპენდიკულურია. ველი ერთმანეთის 90 ° კუთხეზეა. ამ შემთხვევაში, მაგნიტური და ელექტრული ველის გავრცელების მიმართულებები ქმნიან მარჯვენა კოორდინირებულ სისტემას. ტალღის სიგრძე სიგრძით და სიგრძით λ (ისინი დაკავშირებულია დამოკიდებულებით λf = გ ), რაც მოძრაობს პოზიტიურ x მიმართულებით, რომლებიც აღწერილია მათემატიკურად:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ - 2 π ფუტი) y ^
• B (x, t) = B ₀ cos (2 π x / λ - 2 π ფუტი) z ^.

განტოლება გვიჩვენებს, რომ ელექტრო და მაგნიტური ველი ერთმანეთთან ფაზაშია. ნებისმიერ დროს, ისინი ერთდროულად მიაღწევენ მაქსიმალურ მნიშვნელობას სივრცეში, უდრის E ₀ და B ₀ . ეს გაფართოება არ არის დამოუკიდებელი. მაქსველის განტოლებები აჩვენებს, რომ E ₀ = cB ₀ ყველა ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე ვაკუუმში.

პოლარიზაციის მიმართულებები

მაგნიტური და ელექტრული სფეროების ორიენტაციის აღწერისას, სინათლის ტალღები, როგორც წესი, მხოლოდ ელექტრო ველის მიმართულებით მიუთითებენ. მაგნიტური ველის ვექტორი განისაზღვრება დარგების პერპენდიკულარულობისა და მოძრაობის მიმართულებით მათი პერპენდიკულურობის მოთხოვნით. ბუნებრივი და წრფივი პოლარიზებული სინათლე გამოირჩევა იმით, რომ ამ უკანასკნელში ტალღების სიღრმეში ფიქსირებული მიმართულებით დარგულია ველები.

სხვა პოლარიზაციის ქვეყნები შესაძლებელია. ცირკულარულ შემთხვევაში, მაგნიტური და ელექტრული ველი ვექტორები გადაადგილდება პროპაგანდის მიმართულებით მუდმივი ამპლიტუდით. ელიფტიკურად პოლარიზებული სინათლე შუალედური პოზიციაა წრფივი და ცირკულაციის პოლარიზაციებს შორის.

არაპოლარიზებული სინათლე

ატმოსფეროს მწვავე filament ზედაპირზე, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გენერირება დამოუკიდებლად მოქმედებს ერთმანეთისგან. თითოეული რადიაციული შეიძლება იყოს დაახლოებით მოდელირებული მოკლე სარკინიგზო სახით, რომელიც გრძელდება 10-დან ^9-10 საათამდე. ელექტრომაგნიტური ტალღა, რომელიც გამოხატულია ფილტრაციისგან, არის ამ მატარებლების სუპერპოზიცია, რომელთაგან თითოეული თავისი პოლარიზაციის მიმართულებით აქვს. შემთხვევითი ორიენტირებული მატარებლების ჯამი ქმნის ტალღას, რომლის პოლარიზაციის ვექტორი სწრაფად და შემთხვევით იცვლება. ასეთი ტალღა უწოდებენ არაპოლარულობას. ყველა ბუნებრივი სინათლის წყარო, მათ შორის მზე, ინკანდესენტური ნათურები, ფლუორესცენტული ნათურები და ცეცხლი, აწარმოებენ ასეთ გამოსხივებას. თუმცა, ბუნებრივი სინათლე ხშირად ნაწილობრივ პოლარიზებულია მრავალი გაფანტული და გამოხატვის გამო.

ამრიგად, პოლარიზებული სინათლისა და ბუნებრივი სინათლისაგან განსხვავება იმაში მდგომარეობს იმაში, რომ პირველ რიგში იგივე სიბრტყეში ხდება რხევები.

პოლარიზებული რადიაციის წყაროები

პოლარიზებული სინათლე შეიძლება წარმოიშვას იმ შემთხვევებში, როდესაც სივრცითი ორიენტაცია განისაზღვრება. ერთი მაგალითია სინქროტრონური რადიაცია, რომელშიც მაღალი ენერგიის დამუხტული ნაწილაკები გადადიან მაგნიტურ ველში და პოლარიზებული ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსავლენად. ბევრი ცნობილი ასტრონომიული წყაროა, რომლებიც ბუნებრივია პოლარიზებული სინათლის გამოშვებას. ესენია: ნებულა, სუპერნავას ნარჩენები და აქტიური გალაქტიკური ბირთვები. კოსმოსური რადიაციის პოლარიზაცია შესწავლილია მისი წყაროების თვისებების დასადგენად.

Polaroid ფილტრი

პოლარიზებული და ბუნებრივი სინათლე განცალკევებულია მასალების სერიის გავლით, რაც ყველაზე ხშირად გავრცელებულია ამერიკელი ფიზიკოსი ედვინ ლენდის მიერ. ფილტრი შედგება ჰიდროკარბონალური მოლეკულების ხანგრძლივი ჯაჭვებისგან, რომელიც ორიენტირებულია ერთ მიმართულებით თბილ მკურნალობის პროცესში. მოლეკულები შერჩევითად აღიქვამენ რადიაციას, რომელთა ელექტრული ველია მათი ორიენტაციის პარალელურად. პოლაროდისგან წარმოქმნილი სინათლე ხაზოვანია პოლარიზებული. მისი ელექტრული ველი არის პერპენდიკულარული მოლეკულების ორიენტაციაზე. პოლაროიდმა მრავალი ადგილი გამოიყენა, მათ შორის სათვალე და მსუბუქი ფილტრები, რომლებიც ამცირებენ გავლენას ახდენენ გავლენით და მიმოფანტული შუქით.

ბუნებრივი და პოლარიზებული სინათლე: მალუსის კანონი

1808 წელს ფიზიკოსი Etienne-Louis Malius აღმოაჩინა, რომ სინათლის არაპირდაპირი ზედაპირების სინათლე ნაწილობრივ პოლარიზებულია. ამ ეფექტის ხარისხი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად აისახება ინციდენტის კუთხე და ამრეკლავი მასალის refractive ინდექსი. ერთ უკიდურეს შემთხვევებში, როდესაც ჰაერში რაკეტის სიხშირის სიმძიმის ტონი წარმოადგენს ტოლერანტული მასალის refractive მაჩვენებელს, აისახება სინათლე სრულიად ხაზოვანი პოლარიზებული. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც Brewster- ის კანონი (მისი დამღუპველი, შოტლანდიელი ფიზიკოსი დევიდ ბრევესტერი). პარალელურად პარალელურად ამრეკლავი ზედაპირის მიმართულება. მას შემდეგ, რაც დღის სინათლე, როგორც წესი, ხდება ჰორიზონტალური ზედაპირებიდან, როგორიცაა გზები და წყალი, სათვალე ხშირად იყენებენ ფილტრებს, რათა ამოიღონ ჰორიზონტალურ პოლარიზებული სინათლე და, შესაბამისად, შერჩევით სინათლის სინათლე ამოიღონ.

Rayleigh scattering

სინათლის გაფანტვა ძალიან პატარა ობიექტებით, რომელთა ზომებიც გაცილებით მცირეა ტალღის სიგრძეზე (ე.წ. Rayleigh- ის ინგლისური მეცნიერის ლორდი Rayleigh- ის სახელით), ასევე ქმნის ნაწილობრივ პოლარიზაციას. როდესაც მზის რადიაცია გადის დედამიწის ატმოსფეროში, იგი ჰაერის მოლეკულებით არის გაჟღენთილი. დედამიწა აღწევს დიფუზურ პოლარიზებულ და ბუნებრივ განათებას. მისი პოლარიზაციის ხარისხი დამოკიდებულია მიმოფანტული კუთხით. მას შემდეგ, რაც ადამიანი არ გამოირჩევა ბუნებრივი და პოლარიზებული სინათლისგან, ეს ეფექტი, როგორც წესი, შეუმჩნეველი რჩება. მიუხედავად ამისა, ბევრი მწერების თვალს უპასუხებენ მას და ისინი იყენებენ მიმოფანტული რადიაციის ნათესავ პოლარიზაციას, როგორც ნავიგაციის ინსტრუმენტს. ჩვეულებრივი კამერის სინათლის ფილტრი, რომელიც გამოიყენება ფონური რადიაციის შესამცირებლად ნათელი მზისგან, არის მარტივი ხაზოვანი პოლარიზატორი, რომელიც ჰყოფს ბუნებრივ და პოლარიზებული Rayleigh სინათლის.

ანისოტროპული მასალები

პოლარიზაციის ეფექტი დაფიქსირდა ოპტიკურად ანისოტროპული მასალებით (რომელშიც რეფრაქციული ინდექსია პოლარიზაციის მიმართულებით მერყეობს), როგორიცაა საბირჟო კრისტალები, ბიოლოგიური სტრუქტურები და ოპტიკურად აქტიური მასალები. ტექნოლოგიური პროგრამები მოიცავს პოლარიზაციულ მიკროსკოპებს, თხევადკრისტალურ ეკრანს და ოპტიკურ ინსტრუმენტებს.