Stopnja polarizacije delno polarizirane svetlobe: definicija, opis in formula

Danes bomo razkrili bistvo valovne narave svetlobe in pojav, povezan s tem dejstvom "stopnja polarizacije".

Sposobnost ogleda in osvetlitve

Narava svetlobe in sposobnost, da jo vidijo dolgo časa, so se nanašali na človeške misli. Stari Grki, ki poskušajo pojasniti vizijo, je predlagal: bodisi oko oddaja nekaj "žarki", da "groping" okoliških objektov in s tem obvesti osebo svojih pojavnih oblikah, ali stvari, ki jih sami sevajo nekaj, kar zajame ljudi in sodnik, kako stvari delujejo . Teorije so se izkazale za daleč od resnice: živa bitja se zahvaljujoč odbiti svetlobi. Iz tega spoznanja s sposobnostjo, da ugotovimo, kaj je stopnja polarizacije, je ostal en korak - da razumete, da je svetloba val.

Svetloba je val

Pri podrobnejšem preučevanju svetlobe je bilo ugotovljeno: v odsotnosti ovir se razširja ravno in se nikjer ne izklopi. Če na poti žarka nastane neprozorna ovira, se tvorijo sence, kjer ljudje ne puščajo svetlobe. Ampak, ko je sevanje trčilo s prozornim okoljem, so se zgodile neverjetne stvari: žarek je spremenil smer razmnoževanja in zatemnil. H. Huygens je leta 1678 predlagal, da se to lahko pojasni z edinim dejstvom: svetloba je val. Znanstvenik je oblikoval princip Huygens, ki ga je kasneje dopolnil Fresnel. Hvala, da danes ljudje vedo, kako določiti stopnjo polarizacije.

Načelo Huygens-Fresnel

V skladu s tem načelom, je vsaka točka na medij, na katerega se valovne fronte je dosegel sekundarni vir usklajenega sevanja, in ovojnica vseh frontah teh točk služi kot spredaj vala v naslednjem trenutku. Tako, če se svetloba propagira brez vmešavanja, bo v vsakem naslednjem trenutku sprednji val enak kot v prejšnjem. Ampak vredno je, da žarek izpolnjuje oviro, ko pride v stik še en dejavnik: v nasprotju z okolji se svetloba razširi z različnimi hitrostmi. Torej, ta foton, ki je uspel doseči drugi medij prvič, se bo razširil v njej hitreje kot zadnji foton z žarka. Zato se bo sprednji del valovanja oviral. Stopnja polarizacije tukaj nima nič opraviti z njo, toda razumevanje tega pojava v celoti je preprosto potrebno.

Čas procesiranja

Treba je omeniti ločeno, da se vse te spremembe zgodijo neverjetno hitro. Hitrost svetlobe v vakuumu je tristo tisoč kilometrov na sekundo. Vsak medij upočasni svetlobo, vendar ne veliko. Čas, za katerega se med prehodom iz enega medija na drugega (na primer iz zraka v vodo) izkrivlja sprednji del valovanja, je zelo majhen. Človeško oko tega ne vidi, in ne veliko, kaj lahko naprava snema tako kratke procese. Torej, da bi razumeli ta pojav, je povsem teoretičen. Zdaj, ko se bralec zaveda, kakšno sevanje je, bralec želi razumeti, kako najti stopnjo polarizacije svetlobe? Ne bomo zavedali njegovih pričakovanj.

Polarizacija svetlobe

Zgoraj smo že omenili, da imajo v različnih okoljih fotoni svetlobe različne hitrosti. Ker je svetloba prečni elektromagnetni val (ne kondenzacija in redčenje medija), ima dve glavni značilnosti:

• valovni vektor;
• amplituda (tudi vektorska količina).

Prva značilnost označuje, kje je svetlobni žarek usmerjen, zato se pojavi polarizacijski vektor, to je, v kateri smer je usmerjen vektor intenzivnosti električnega polja. To omogoča vrtenje okoli valovnega vektorja. Naravna svetloba, na primer, ki jo oddaja Sonce, nima polarizacije. Oscilacije so porazdeljene v vseh smereh z enako verjetnostjo, ni izbrane smeri ali slike, na kateri se konec valovnega vektorja niha.

Vrste polarizirane svetlobe

Preden se naučite izračunati formulo za stopnjo polarizacije in opraviti izračune, je smiselno razumeti, kakšne vrste polarizirane svetlobe obstajajo.

1. Elliptična polarizacija. Konec valovnega vektorja takšne svetlobe opisuje elipso.
2. Linearna polarizacija. To je poseben primer prve možnosti. Kot je razvidno iz naslova, je slika v tem primeru ena smer.
3. Krožna polarizacija. Na drugi način jo imenujemo tudi krožno.

Vsako naravno svetlobo lahko predstavimo kot vsoto dveh vzajemno pravokotno polariziranih elementov. Ne smemo pozabiti, da dva pravokotno polarizirana valova ne delata. Njihovo vmešavanje je nemogoče, saj z vidika interakcije amplitude ne zdi, da obstajajo drug za drugega. Ko se srečajo, preprosto nadaljujejo brez spreminjanja.

Delno polarizirana svetloba

Uporaba polarizacijskega učinka je ogromna. Z usmerjanjem predmeta na naravno svetlobo in delno polarizacijo lahko znanstveniki presodijo lastnosti površine. Ampak kako določiti stopnjo polarizacije delno polarizirane svetlobe?

Obstaja formula NA. Umova:

P = (I_ostriž-Jaz_pare) / (I_ostriž+Jaz_pare), kjer sem_ostriž Ali je intenziteta svetlobe v smeri, pravokotni na ravnino polarizatorja ali zrcalno površino, in jaz_pare - Vzporedno. Vrednost P lahko sprejme vrednosti od 0 (za naravno svetlobo, brez poljubne polarizacije) do 1 (za ravno polarizirano sevanje).

Ali je lahko naravna svetloba polarizirana?

Vprašanje je na prvi pogled čudno. Navsezadnje sevanje, v katerem ni dodeljenih smeri, navadno imenujemo naravno. Vendar pa je za prebivalce zemeljske površine to v bistvu približek. Sonce daje tok elektromagnetnih valov različnih dolžin. To sevanje ni polarizirano. Toda skozi gosto plast atmosfere sevanje pridobi zanemarljivo polarizacijo. Torej stopnja polarizacije naravne svetlobe kot celote ni enaka nič. Ampak obseg je tako majhen, da je pogosto zanemarjen. Upošteva se le pri natančnih astronomskih izračunih, pri katerih lahko najmanjša napaka dodaja zvezdni leti ali razdalji do našega sistema.

Zakaj svetloba polarizira?

Zgoraj smo pogosto rekli, da se v nasprotju z okoljem fotoni obnašajo drugače. Niso pa omenili, zakaj. Odgovor je odvisen od tega, kakšno okolje govorimo, z drugimi besedami, v kakšnem stanju je.

1. Medij je kristalno telo s strogo periodično strukturo. Običajno je struktura takšne snovi predstavljena kot mreža s fiksnimi žogicami. Toda na splošno to ni povsem točno. Takšno približevanje je pogosto upravičeno, ne pa v primeru interakcije kristala in elektromagnetnega sevanja. Dejansko je vsak ion niha okrog ravnotežnega položaja, in ne naključno, ampak v skladu s tem, kar ima sosedov, o tem, kaj razdalje in koliko od njih. Ker so vse te razlike strogo programirana toga medij, in oddaja absorbira foton, ta ion je lahko samo strogo določenem obrazcu. To dejstvo povzroči drugo: kakšna bo polarizacija nastajajočega fotona, je odvisna od smeri, v katero je vstopil kristal. To se imenuje anizotropija lastnosti.
2. Medij je tekoč. Tukaj je odgovor bolj zapleten, saj obstajata dva dejavnika - kompleksnost molekul in nihanja (kondenzacija-redčenje) gostote. Sama po sebi imajo kompleksne dolge organske molekule definitivno strukturo. Tudi najenostavnejše molekule žveplove kisline niso kaotična sferična skupina, temveč zelo specifična križna oblika. Druga stvar je, da se vsi v normalnih razmerah nahajajo kaotično. Vendar pa drugi dejavnik (fluktuacija) lahko ustvari pogoje, v katerih majhno število molekul tvori v majhnem obsegu nekaj takega, kot je časovna struktura. V tem primeru bodo vse molekule bodisi sosmerne ali pa bodo nameščene relativno drug z drugim pri določenih kotih. Če svetloba v tem trenutku prehaja skozi tak del tekočine, bo pridobila delno polarizacijo. Zato sklepamo, da temperatura močno vpliva na polarizacijo tekočine: večja je temperatura, bolj resna turbulenca in več takih delov se oblikuje. Zadnji zaključek je posledica teorije samoorganizacije.
3. Medij je plin. V primeru homogenega plina pride do polarizacije zaradi nihanj. Zato naravna svetloba Sonca, ki gre skozi ozračje, pridobi majhno polarizacijo. In zato barva neba je modra: povprečna velikost pakiranih elementov je takšna, da se elektromagnetno sevanje v modri in vijolični barvi razprši. Če pa se ukvarjamo z mešanico plinov, je veliko težje izračunati stopnjo polarizacije. Te probleme pogosto rešujejo astronomi, ki raziskujejo svetlobo zvezd, ki poteka skozi gosto molekularno oblak plina. Zato je tako težko in zanimivo preučevanje oddaljenih galaksij in grozdov. Ampak astronomi se spopadejo in dajejo ljudem neverjetne slike globokega prostora.