المستقطب والضوء الطبيعي. على عكس الضوء المستقطب الطبيعي

موجات من نوعين. اضطراب الذبذبات طولية موازية لاتجاهها للنشر. ومن الأمثلة على ذلك مرور الصوت في الهواء. تتكون موجة عرضية من الاضطرابات التي هي في زاوية من 90 درجة إلى اتجاه الحركة. على سبيل المثال، فإن موجة يمر أفقيا من خلال كتلة الماء تسبب الاهتزازات العمودية في سطحه.

اكتشاف

وهناك عدد من التأثيرات البصرية غامضة لوحظ في منتصف القرن السابع عشر، وقد سبق بيان، عندما بدأ الضوء المستقطب والطبيعي لاعتبار ظاهرة الأمواج وتم اكتشاف اتجاه الاهتزازات لها. تم اكتشاف أول ما يسمى تأثير الاستقطاب من قبل الطبيب الدنماركي إيراسموس بارثولين في 1669. لاحظ العلمي الانكسار المزدوج أو الانكسار في أيسلندا (شكل الكريستال من كربونات الكالسيوم) الصاري أو الكالسيوم. عندما يمر الضوء من خلال وضوح الشمس الكالسيت يقسم عليه، إنتاج وتحولت صورتين بالنسبة لبعضها البعض.

نيوتن معرفة هذه الظاهرة ويشير إلى أن كريات ربما الخفيفة لها التماثل أو "من جانب واحد"، التي يمكن أن تكون سببا في تشكيل صورتين. هيغنز، كان معاصرا لنيوتن قادرة على شرح نظريته الانكسار المزدوج للموجات الابتدائية، لكنه لم يفهم المعنى الحقيقي للتأثير. بقي الانكسار لغزا حتى توماس يونغ لا يقترح والفيزيائي الفرنسي أوغسطين-تشان Frenel أن موجات الضوء هي عرضية. سمحت فكرة بسيطة لشرح ما الاستقطاب والطبيعي الضوء. هذا وفرت إطارا الطبيعي وغير معقدة لتحليل تأثيرات الاستقطاب.

ويتسبب الانكسار من خلال مزيج من اثنين الاستقطابات متعامدة، ولكل منها سرعة موجتها. وبسبب الفرق في سرعة مكونات هما مؤشرات الانكسار مختلفة، وبالتالي ينكسر بشكل مختلف من خلال المواد، وإنتاج صورتين.

المستقطب والضوء الطبيعي: ماكسويل النظرية

فريسنل المتقدمة بسرعة نموذج شامل لموجة عرضية، مما أدى إلى الانكسار وعدد من التأثيرات البصرية الأخرى. بعد أربعين عاما، والكهرومغناطيسي نظرية ماكسويل يفسر بأناقة طبيعة عرضية من الضوء.

الموجات الكهرومغناطيسية ماكسويل مكون من المجالات المغناطيسية والكهربائية عمودي على اتجاه تتأرجح الحركة. الحقول في زاوية 90 درجة مع بعضها البعض. في هذه الحالة اتجاه الانتشار من الحقول المغناطيسية والكهربائية تشكيل نظام يمنى تنسيق. لموجة مع و تردد وطول λ (صلتها الاعتماد λf = ج)، والتي تتحرك في اتجاه x إيجابي، تم وصفها مجالات رياضيا:

• E (خ، ر) = E ₀ كوس (2 π س / λ - 2 π قدم) ص ^؛
• B (خ، ر) = B ₀ كوس (2 π س / λ - 2 π قدم) ض ^.

تظهر المعادلات التي الحقول الكهربائية والمغناطيسية في مرحلة مع بعضها البعض. في أي وقت من الأوقات، فإنها تصل في وقت واحد كحد أقصى قيمها في مساحة تساوي E ₀ و B _0. هذه السعات ليست مستقلة. تكشف معادلات ماكسويل أن E = ₀ سي بي ₀ لجميع الموجات الكهرومغناطيسية في الخلاء.

الاتجاه الاستقطاب

في وصف اتجاه الحقول المغناطيسية والكهربائية الموجات الضوئية عادة ما تكون إشارة فقط اتجاه المجال الكهربائي. يتم تحديد متجه المجال المغناطيسي حسب المتطلبات حقول عمودية وعمودية على اتجاه الحركة. يتميز الضوء الطبيعي والمستقطب خطيا في أنه في الماضي ذبذبة الحقل في اتجاهات ثابتة في حركة الموجة.

وهناك غيرها من الدول الاستقطاب الممكنة. في حالة ناقلات دائرية من الحقول المغناطيسية والكهربائية هي استدارة بالنسبة للاتجاه نشر في اتساع مستمر. الضوء المستقطب إيجازا في موقعا وسطا بين الخطية والاستقطاب الدائري.

ضوء unpolarized

الذرات على سطح خيوط ساخنة، التي تولد الإشعاع الكهرومغناطيسي، هي، بشكل مستقل عن بعضها البعض. كل الإشعاع يمكن أن تكون على غرار ما يقرب كما القطارات لمدة قصيرة من 10 إلى 10 ^{-9 -8} ثواني. الموجات الكهرومغناطيسية من خيوط، هو تراكب هذه القطارات، كل منها له اتجاه الاستقطاب الخاص به. كمية موجهة بشكل عشوائي يدرب الأشكال ناقلات موجة الاستقطاب الذي يختلف بسرعة وبطريقة متقطعة. وتسمى هذه موجة unpolarized. كل المصادر الطبيعية للضوء، بما فيها الشمس، المصابيح المتوهجة، ومصابيح الفلورسنت والنيران، وتنتج هذه الأشعة. ومع ذلك، وعلى ضوء الطبيعي وغالبا ما الاستقطاب ويرجع ذلك جزئيا إلى تشتت متعددة والتأمل.

وهكذا، فإن الفرق من الضوء المستقطب الطبيعي يتمثل في حقيقة أنه في التذبذبات الأولى تحدث في الطائرة.

مصادر الإشعاع الاستقطاب

الضوء المستقطب يمكن أن تنتج عند تحديد التوجه المكاني. ومن الأمثلة على ذلك الإشعاع السنكروتروني، التي اتهمت عالية الطاقة الجسيمات تتحرك في مجال مغناطيسي وتنبعث الموجات الكهرومغناطيسية الاستقطاب. هناك العديد من المصادر الفلكية المعروفة التي تنبعث منها الضوء المستقطب بشكل طبيعي. وتشمل هذه السدم، وبقايا المستعر الأعظم، والنوى المجرية النشطة. تدرس استقطاب الإشعاع الكوني من أجل تحديد خصائص مصادرها.

فلتر بولارويد

يتم فصل الضوء المستقطب والطبيعي عن طريق تمرير من خلال عدد من المواد، والأكثر شيوعا منها هي بولارويد، التي تم إنشاؤها من قبل الفيزيائي الأمريكي إدوين لاند. يتكون مرشح من سلاسل طويلة من الجزيئات الهيدروكربونية موجهة في اتجاه واحد من عملية المعالجة الحرارية. جزيء لامتصاص انتقائي الإشعاع، الحقل الكهربائي موازية لميولهم. ضوء مغادرة المقطب هو الاستقطاب خطيا. في حقل كهربائي عمودي على اتجاه التوجه الجزيئي. وقد وجدت بولارويد التطبيق في العديد من المجالات، بما في ذلك النظارات الشمسية والمرشحات التي تقلل من تأثير الضوء المنعكس ومتناثرة.

الطبيعي والاستقطاب ضوء: قانون تفاح

في عام 1808، وجدت الفيزيائي إتيان لويس مالس أن الضوء المنعكس من الأسطح غير المعدنية، الاستقطاب جزئيا. مدى هذا التأثير يعتمد على زاوية السقوط والانكسار من المواد العاكسة. في واحدة من الحالات القصوى عندما يكون الظل من زاوية السقوط في الهواء يساوي معامل الانكسار من المواد العاكسة، ويصبح الضوء الذي ينعكس الاستقطاب خطيا تماما. وتعرف هذه الظاهرة باسم قانون بروستر (سميت مكتشف، عالم الفيزياء الاسكتلندي ديفيد بروستر). اتجاه الاستقطاب موازية للسطح عاكس. منذ وهج فلوري تحدث عادة على انعكاس من الأسطح الأفقية مثل الطرق وتنقية المياه تستخدم عادة في النظارات الشمسية للبقاء الضوء المستقطب أفقيا، وبالتالي انتقائي إزالة انعكاسات الضوء.

نثر رايلي

تشتت الضوء من قبل كائنات صغيرة جدا أبعادها هي أصغر بكثير من الطول الموجي (ما يسمى نثر رايلي بعد العالم الإنجليزي لورد رايليه)، أيضا بإنشاء الاستقطاب الجزئي. عندما يمر ضوء الشمس خلال الغلاف الجوي للأرض، وفرقت بها جزيئات الهواء. الأرض والروافد المنتشرة في الضوء الطبيعي الاستقطاب. درجة الاستقطاب تعتمد على نثر زاوية. لأن الإنسان لا يميز بين الضوء الطبيعي والاستقطاب، وهذا أثر وعادة ما يذهب دون أن يلاحظها أحد. ومع ذلك، فإن أعين الكثير من الحشرات الرد على ذلك، وأنها تستخدم الاستقطاب النسبي للإشعاع المنتشرة كأداة الملاحية. كاميرا مرشح العادية التي يتم استخدامها للحد من إشعاع الخلفية في ضوء الشمس الساطع، هو المستقطب الخطي البسيط، الذي يفصل بين الضوء المستقطب ورايلي الطبيعي.

المواد متباين الخواص

ويلاحظ آثار الاستقطاب في المواد متباين الخواص بصريا (الذي معامل الانكسار يختلف مع اتجاه الاستقطاب)، مثل بلورات ثنائية الانكسار، وبعض الهياكل البيولوجية والمواد النشطة ضوئيا. وتشمل التطبيقات التكنولوجية المجاهر الاستقطاب، شاشات الكريستال السائل والأجهزة البصرية المستخدمة في بحوث المواد.