Polaryzacja światła

Światło jest falą elektromagnetyczną rozchodzącą się w próżni. Światło jest więc, można powiedzieć, zaburzeniem pola elektromagnetycznego o odpowiedniej długości fali. Wektory natężenia pola elektrycznego i indukcji są do siebie prostopadłe, ale w wiązce światła drgania zachodzą we wszystkich możliwych kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się światła. Dlaczego tak jest?

Światło to wiązka ciągów falowych, które zostały wysyłane przez pojedyncze atomy, a przecież każdy z nich jest zorientowany w przestrzeni zupełnie przypadkowo. Przypadkowe są zatem kierunki natężenia pola elektrycznego i indukcji magnetycznej. Takie naturalne światło nie jest spolaryzowane.

światło niespolaryzowane

Światło spolaryzowane

Światło spolaryzowane to takie światło, w którym kierunku drgań fal są uporządkowane. Jeżeli drgania wektora świetlnego zachodzą w jednej płaszczyźnie, to mówimy o świetle spolaryzowanym liniowo, a płaszczyznę drgań nazywamy płaszczyzną polaryzacji.

Istnieją materiały, które polaryzują światło. Materiał taki przepuszcza światło tylko takie, którego drgania wektora elektrycznego są równoległe do kierunku polaryzacji polaroidu. Gdyby ustawić dwa takie polaroidy, których kierunki polaryzacji są prostopadłe, to wiązka światła przez taki układ nie przejdzie w ogóle. Pierwszy polaroid to tak zwany polaryzator, drugi to analizator.

Kąt Brewstera

Czy w naturze istnieje światło spolaryzowane? Okazuje się, że tak. Światło odbite od powierzchni dielektryka jest liniowo spolaryzowane. Dla szkła, a także innych dielektryków, istnieje pewien kąt padania, jest to tak zwany kąt Brewstera, dla którego światło odbite jest spolaryzowane liniowo. Dla innych kątów padania światło jest częściowo spolaryzowane.

Prawo Malusa

Natężenie światła po przejściu przez analizator jest równe:

$I=I_0\cos^2{\phi}$

gdzie:

I - natężenie światła po przejściu przez układ polaryzator — analizator,
I₀ - natężenie początkowe (światła padającego na polaryzator),
φ - kat między kierunkami polaryzacji polaryzatora i analizatora.

Przykłady polaryzatorów

Z polaryzacją mamy do czynienia, chociażby na seansie filmu 3D. Okulary do oglądania takich filmów mają w oprawie polaryzatory, przy czym każde oko widzi światło w innej płaszczyźnie polaryzacji. Jeśli masz dwie pary takich okularów, łatwo to sprawdzić. Oto proste doświadczenie, który każdy może wykonać samodzielnie.

Polaryzatory wykonuje się z turmalinów, rzadkich minerałów, siarczanu jodochininy, błon jodkowo-poliwinylowych.

Filtry polaryzacyjne

Filtry polaryzacyjne są powszechnie stosowane w fotografii. Ponieważ w naturze światło odbite od różnych powierzchni (szkło, tafla wody i inne) jest spolaryzowane, to głównym zastosowaniem filtrów polaryzacyjnych jest redukcja odbić od powierzchni, dzięki czemu można uzyskać poprawę kontrastów, nasycenia i błękitu nieba.

Filmy

Doświadczenie, które w prosty sposób ilustruje zjawisko polaryzacji światła z użyciem okularów 3D, niezbędnych do oglądania filmów 3D w wybranych kinach. Jedne okulary służą jako polaryzator, drugi, jako analizator. Takie doświadczenie możesz wykonać sam w domu.