Das Polarisation von Licht Es ist das Phänomen, das auftritt, wenn die elektromagnetische Welle, die sichtbares Licht bildet, in einer Vorzugsrichtung schwingt. Eine elektromagnetische Welle besteht aus einer elektrischen Welle und einer magnetischen Welle, beide quer zur Ausbreitungsrichtung. Die magnetische Schwingung ist gleichzeitig und untrennbar mit der elektrischen Schwingung verbunden und tritt in zueinander orthogonalen Richtungen auf..
Das Licht, das die meisten Lichtquellen wie die Sonne oder eine Glühbirne emittieren, ist nicht polarisiert, was bedeutet, dass beide Komponenten: elektrisch und magnetisch, in alle möglichen Richtungen schwingen, obwohl sie immer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung sind..
Wenn es jedoch eine bevorzugte oder eindeutige Schwingungsrichtung der elektrischen Komponente gibt, spricht man von einer polarisierten elektromagnetischen Welle. Wenn die Frequenz der Schwingung im sichtbaren Spektrum liegt, spricht man von polarisiertem Licht..
Als nächstes werden wir die Arten der Polarisation und die physikalischen Phänomene sehen, die polarisiertes Licht erzeugen..
Artikelverzeichnis
Eine lineare Polarisation tritt auf, wenn die Schwingungsebene des elektrischen Feldes der Lichtwelle eine einzige Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung hat. Diese Ebene wird üblicherweise als Polarisationsebene genommen.
Und die magnetische Komponente verhält sich genauso: Ihre Richtung ist senkrecht zur elektrischen Komponente der Welle, sie ist einzigartig und sie ist auch senkrecht zur Ausbreitungsrichtung..
Die obere Abbildung zeigt eine linear polarisierte Welle. In dem gezeigten Fall schwingt der elektrische Feldvektor parallel zur X-Achse, während der Magnetfeldvektor gleichzeitig zur elektrischen Achse schwingt, jedoch in Y-Richtung. Beide Schwingungen sind senkrecht zur Z-Ausbreitungsrichtung..
Eine schräge lineare Polarisation kann als Ergebnis der Überlagerung von zwei Wellen auftreten, die in Phase schwingen und orthogonale Polarisationsebenen aufweisen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wobei die Schwingungsebene des elektrischen Feldes in der Lichtwelle blau dargestellt ist ..
In diesem Fall hat die Amplitude der elektrischen und magnetischen Felder der Lichtwelle eine konstante Größe, aber ihre Richtung dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit in Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung..
Die untere Abbildung zeigt die Drehung der Amplitude des elektrischen Feldes (in roter Farbe). Diese Drehung ergibt sich aus der Summe oder Überlagerung zweier Wellen gleicher Amplitude, die in orthogonalen Ebenen linear polarisiert sind und deren Phasendifferenz π / 2 Radiant beträgt. Sie sind in der folgenden Abbildung als blaue bzw. grüne Wellen dargestellt.
Die Art und Weise, die Komponenten mathematisch zu schreiben x und Y. des elektrischen Feldes einer Welle mit rechte Zirkularpolarisation, Amplitude Eo und das breitet sich in die Richtung aus z es ist:
UND = (Bsp ich;; Hallo j;; Ez k) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] ich;; Cos [(2π / λ) (c t - z) - π / 2] j;; 0 k)
Stattdessen eine Welle mit linkshändige Zirkularpolarisation Amplitude Eo das breitet sich in die Richtung aus z wird vertreten durch:
UND = (Bsp ich;; Hallo j;; Ez k) = Eo (Cos [(2π / λ) (c t - z)] ich, Cos [(2π / λ) (ct - z) + π / 2] j, 0 k)
Beachten Sie, dass das Vorzeichen durch die Phasendifferenz einer Viertelwelle der Komponente geändert wird Y., in Bezug auf die Komponente x.
Soviel zum Fall dextro-rotatorisch Was linkshändig, der Magnetfeldvektor B. hängt mit dem elektrischen Feldvektor zusammen UND durch Vektorprodukt zwischen dem Einheitsvektor in Ausbreitungsrichtung und UND, einschließlich eines Skalierungsfaktors, der der Umkehrung der Lichtgeschwindigkeit entspricht:
B. = (1 / c) oderz ｘ UND
Die elliptische Polarisation ähnelt der zirkularen Polarisation, mit dem Unterschied, dass sich die Amplitude des Feldes dreht und eine Ellipse anstelle eines Kreises beschreibt..
Die Welle mit elliptischer Polarisation ist die Überlagerung zweier linear polarisierter Wellen in senkrechten Ebenen mit einem Vorschub oder einer Verzögerung von π / 2 Bogenmaß in der Phase von einem in Bezug auf das andere, jedoch mit dem Zusatz, dass die Amplitude des Feldes in jeder der Komponenten unterschiedlich ist.
Wenn ein nicht polarisierter Lichtstrahl auf eine Oberfläche, beispielsweise Glas, oder die Wasseroberfläche trifft, wird ein Teil des Lichts reflektiert und ein Teil übertragen. Die reflektierte Komponente ist teilweise polarisiert, es sei denn, der Einfall des Strahls ist senkrecht zur Oberfläche.
In dem speziellen Fall, dass der Winkel des reflektierten Strahls mit dem durchgelassenen Strahl einen rechten Winkel bildet, weist das reflektierte Licht eine vollständige lineare Polarisation in der Richtung senkrecht zur Einfallsebene und parallel zur reflektierenden Oberfläche auf. Der Einfallswinkel, der durch Reflexion eine Gesamtpolarisation erzeugt, ist bekannt als Brewster Winkel.
Einige Materialien ermöglichen die selektive Übertragung einer bestimmten Polarisationsebene der elektrischen Komponente der Lichtwelle.
Dies ist die Eigenschaft, die für die Herstellung von Polarisationsfiltern verwendet wird, bei denen im Allgemeinen ein Polymer auf Jodbasis verwendet wird, das bis an die Grenze gedehnt und als Gitter ausgerichtet wird, das zwischen zwei Glasscheiben verdichtet wird..
Eine solche Anordnung wirkt als leitendes Gitter, das die elektrische Komponente der Welle entlang der Rillen "kurzschließt" und es den Querkomponenten ermöglicht, durch das Polymerbündel zu gelangen. Das durchgelassene Licht ist somit in Querrichtung des Striatums polarisiert.
Durch Platzieren eines zweiten Polarisationsfilters (als Analysator bezeichnet) auf dem bereits polarisierten Licht kann ein Verschlusseffekt erzielt werden..
Wenn die Ausrichtung des Analysators mit der Polarisationsebene des einfallenden Lichts übereinstimmt, tritt das gesamte Licht durch, aber für die orthogonale Richtung wird das Licht vollständig gelöscht.
Für die Zwischenpositionen gibt es einen teilweisen Lichtdurchgang, dessen Intensität je nach dem variiert Malus Gesetz::
I = Io Coszwei(θ).
Licht im Vakuum breitet sich wie alle elektromagnetischen Wellen mit einer Geschwindigkeit aus c von ungefähr 300.000 km / s. Aber in einem durchscheinenden Medium ist es Geschwindigkeit v es ist etwas weniger. Der Quotient zwischen c Y. v es wird genannt Brechungsindex des durchscheinenden Mediums.
In einigen Kristallen wie Calcit ist der Brechungsindex für jede Polarisationskomponente unterschiedlich. Aus diesem Grund wird der Strahl, wenn ein Lichtstrahl doppelbrechend durch ein Glas tritt, in zwei Strahlen mit linearer Polarisation in orthogonalen Richtungen getrennt, wie mit einem Polarisator-Analysator-Filter verifiziert..
Von der Meeres- oder Seewasseroberfläche reflektiertes Licht ist teilweise polarisiert. Das Licht vom blauen Himmel, aber nicht von den Wolken, ist teilweise polarisiert.
Einige Insekten mögen den Käfer C.etonia aurata reflektiert Licht mit zirkularer Polarisation. Die folgende Abbildung zeigt dieses interessante Phänomen, bei dem das vom Käfer reflektierte Licht nacheinander ohne Filter, mit einem rechten Polarisationsfilter und dann mit einem linken Polarisationsfilter beobachtet werden kann..
Zusätzlich wurde ein Spiegel platziert, der ein Bild mit einem umgekehrten Polarisationszustand in Bezug auf das vom Käfer direkt reflektierte Licht erzeugt..
In der Fotografie werden Polarisationsfilter verwendet, um Blendung durch reflektiertes Licht von reflektierenden Oberflächen wie Wasser zu vermeiden..
Sie werden auch verwendet, um Blendung durch teilweise polarisiertes blaues Himmelslicht zu eliminieren und so bessere Kontrastfotos zu erhalten..
In der Chemie wie auch in der Lebensmittelindustrie wird ein Instrument genannt Polarimeter, Dies ermöglicht die Messung der Konzentration bestimmter Substanzen, die in Lösung eine Drehung des Polarisationswinkels erzeugen.
Zum Beispiel kann durch den Durchgang von polarisiertem Licht und mit Hilfe eines Polarimeters die Zuckerkonzentration in Säften und Getränken schnell bestimmt werden, um zu überprüfen, ob sie den Standards und Gesundheitskontrollen des Herstellers entspricht.
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