Степента на поляризация на частично поляризираната светлина: определение, описание и формула

Днес ще разкрием същността на вълновата природа на светлината и явлението, свързано с този факт "степен на поляризация".

Способност да виждате и осветявате

Природата на светлината и способността да я виждате отдавна се отнася до човешките умове. Древните гърци, опитвайки се да обясни видението, предложени: или окото излъчва някои "лъчи", че "пипнешком" околните обекти и по този начин да информира лицето на своята форма и вид, или нещата се излъчва нещо, което улови хората и съдията как работят нещата , Теориите се оказаха далеч от истината: живите същества виждат благодарение на отразената светлина. От реализирането на този факт до способността да се изчисли каква степен на поляризация е равна на, имаше само една стъпка - да се разбере, че светлината е вълна.

Светлината е вълна

При по-задълбочено изучаване на светлината се установи, че при отсъствие на увреждания тя се простира в права линия и не се изключва никъде. Ако в пътя на лъча възниква непрозрачна пречка, тогава се образуват сенки и където самата светлина напуска, хората не се интересуват. Но щом радиацията се сблъска с прозрачна среда, се случиха невероятни неща: гредата промени посоката на размножаване и затъмнява. През 1678 г. Х. Хюйгенс предложи това да се обясни с единствения факт: светлината е вълна. Ученият формира принципа Huygens, който по-късно е допълнен от Fresnel. Благодарение на това, което днес хората знаят как да определят степента на поляризация.

Принципът на Huygens-Fresnel

Според този принцип всяка точка от носителя, до която вълната е достигнала, е вторичен източник на последователна радиация и пликът на всички фронтове на тези точки действа като вълнолом в следващия момент от времето. Така, ако светлината се разпространява без смущения, във всеки следващ момент предната вълна ще бъде същата като в предишната. Но си струва лъчите да се справят с препятствието, тъй като се появи друг фактор: в различна среда, светлината се разпространява с различни скорости. Така че този фотон, който успя да достигне до другата среда, ще се разпространи по-бързо от последния фотон от гредата. Следователно предната част на вълната ще се огъне. Степента на поляризация тук няма нищо общо с това, но е необходимо да разберем напълно този феномен.

Време за обработка

Струва си да се отбележи отделно, че всички тези промени се случват невероятно бързо. Скоростта на светлината във вакуум е триста хиляди километра в секунда. Всяка среда забавя светлината, но не много. Времето, в което предната част на вълната е изкривена по време на прехода от една среда към друга (например от въздух към вода) е изключително малка. Човешкото око не може да види това, а не какво устройство може да записва такива кратки процеси. Така че, да разберем явлението, е чисто теоретично. Сега, напълно наясно с каква радиация е, читателят ще иска да разбере как да намери степента на поляризация на светлината? Няма да заблудим очакванията му.

Поляризация на светлината

По-горе вече споменахме, че в различни среди светлинните фотони имат различни скорости. Тъй като светлината е напречна електромагнитна вълна (не кондензация и разреждане на средата), тя има две основни характеристики:

• вълнов вектор;
• амплитуда (също векторно количество).

Първата характеристика показва къде се насочва лъчът на светлината, така че възниква поляризационен вектор, т.е. в каква посока се насочва вектора на интензитета на електрическото поле. Това позволява въртене около вектора на вълната. Естествената светлина, например излъчвана от Слънцето, няма поляризация. Осцилациите се разпределят във всички посоки с еднаква вероятност, няма избрана посока или фигура, по която края на вектора на вълната се колебае.

Видове поляризирана светлина

Преди да научите как да изчислите формулата за степента на поляризация и да извършите изчисления, струва си да разберете какви поляризирани светлини съществуват.

1. Елиптична поляризация. Краят на вълновия вектор на такава светлина описва елипсис.
2. Линейна поляризация. Това е специален случай на първия вариант. Както можете да видите от заглавието, картината в този случай е една посока.
3. Циркулярна поляризация. По друг начин, той се нарича кръгъл.

Всяка естествена светлина може да бъде представена като сумата от два взаимно перпендикулярно поляризирани елемента. Трябва да се помни, че две перпендикулярно поляризирани вълни не взаимодействат. Тяхната намеса е невъзможна, тъй като от гледна точка на взаимодействието на амплитудите те не изглежда да съществуват един за друг. Когато се срещат, те просто продължават, без да се променят.

Частично поляризирана светлина

Прилагането на поляризиращия ефект е огромно. Чрез насочване на обекта към естествена светлина и получаване на частично поляризиране учените могат да преценят свойствата на повърхността. Но как да се определи степента на поляризация на частично поляризирана светлина?

Има формула NA. Umov:

P = (I_платно-аз_пара) / (I_платно+аз_пара), където I_платно Интензитетът на светлината е посока, перпендикулярна на равнината на поляризатора или на отразяващата повърхност, и_пара - Паралелно. Стойността на P може да вземе стойности от 0 (за естествена светлина, лишена от всякаква поляризация) до 1 (за равномерно поляризирано лъчение).

Може ли естествената светлина да бъде поляризирана?

Въпросът е на пръв поглед странно. В края на краищата лъчението, в което няма указани направления, обикновено се нарича естествено. Но за жителите на повърхността на Земята това е в известен смисъл сходство. Слънцето придава поток от електромагнитни вълни с различна дължина. Това излъчване не е поляризирано. Но преминавайки през дебел слой от атмосферата, радиацията придобива незначителна поляризация. Така че степента на поляризация на естествената светлина като цяло не е равна на нула. Но величината е толкова малка, че често се пренебрегва. То се взема предвид само при точни астрономически изчисления, при които най-малката грешка може да се прибави към звездата от години или разстоянието до нашата система.

Защо светлината се поляризира?

По-горе често казваме, че в различна среда фотонът се държи по различен начин. Но те не споменаха защо. Отговорът зависи от каква среда говорим, с други думи, в какво състояние е.

1. Средата е кристално тяло със строго периодична структура. Обикновено структурата на такова вещество се представя като решетка с фиксирани топки-йони. Но като цяло това не е съвсем точно. Подобно сближаване често е оправдано, но не и в случай на взаимодействие между кристално и електромагнитно излъчване. Всъщност всеки йон осцилира близо до равновесното си положение, не хаотично, а в съответствие с това, което съседите му са, на какви разстояния се намира и колко от тях. Тъй като всички тези колебания са строго програмирани от твърда среда, тогава излъченият погълнат фотон се излъчва от този йон само в строго определена форма. Този факт води до друг: какво ще бъде поляризацията на възникващия фотон, зависи от посоката, в която той влезе в кристала. Това се нарича анизотропия на свойствата.
2. Средата е течна. Тук отговорът е по-сложен, тъй като има два фактора - сложността на молекулите и колебанията (кондензация-разреждане) на плътността. Само по себе си сложните дълги органични молекули имат определена структура. Дори най-простите молекули на сярна киселина не са хаотична сферична купчина, а много специфична кръстообразна форма. Друго нещо е, че всички те при нормални условия се намират хаотично. Въпреки това, вторият фактор (флуктуация) е способен да създаде условия, при които малък брой молекули образуват в малък обем нещо като временна структура. В този случай или всички молекули ще бъдат насочени или ще бъдат разположени един спрямо друг в някои специфични ъгли. Ако светлината в този момент преминава през такава част от течността, тя ще придобие частична поляризация. Следователно, заключението е, че температурата силно влияе върху поляризацията на течността: колкото по-висока е температурата, толкова по-сериозна е турбулентността и колкото повече се образува тази секция. Последното заключение се дължи на теорията на самоорганизацията.
3. Средата е газ. В случай на хомогенен газ, поляризацията се дължи на колебания. Ето защо естествената светлина на Слънцето, преминаваща през атмосферата, придобива малка поляризация. И затова цветът на небето е син: средният размер на опаковани елементи е такъв, че електромагнитното излъчване на синьо и виолетово оцветяване се разсейва. Но ако имаме работа със смес от газове, тогава е много по-трудно да се изчисли степента на поляризация. Тези проблеми често се решават от астрономи, които разследват светлината на звезда, преминаваща през плътен молекулярен облак от газ. Следователно е толкова трудно и интересно да се изследват далечни галактики и клъстери. Но астрономите се справят и дават невероятни снимки на дълбоко пространство за хората.