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

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

Способността да виждате и да светвате

Природата на светлината и свързаната с нея способностда виждам притеснени човешки умове за дълго време. Древните гърци, опитвайки се да обяснят зрението, предполагали: или окото излъчва някакви „лъчи“, които „усещат“ околните предмети и по този начин информира човека за външния им вид и форма, или самите неща излъчват нещо, което хората хващат и преценяват как работи всичко ... Теориите се оказаха далеч от истината: живите същества виждат чрез отразена светлина. От осъзнаването на този факт до възможността да се изчисли каква е степента на поляризация, остана само една стъпка - да разберем, че светлината е вълна.

Светлината е вълна

По-подробно проучване на светлината разкри: при липса на смущения тя се разпространява по права линия и не се обръща никъде. Ако на пътя на лъча застане непрозрачно препятствие, тогава се образуват сенки и там, където отива самата светлина, хората не се интересуваха. Но щом лъчението се сблъска с прозрачна среда, се случиха невероятни неща: лъчът промени посоката си на разпространение и затъмни. През 1678 г. Х. Хайгенс предполага, че това може да се обясни с един-единствен факт: светлината е вълна. Ученият формира принципа на Хюйгенс, който по-късно е допълнен от Френел. Благодарение на това хората днес знаят как да определят степента на поляризация.

Принцип на Хюйгенс-Френел

Според този принцип, всяка точка в околната среда додо която е достигнал вълновият фронт, е вторичен източник на кохерентно излъчване и обвивката на всички фронтове на тези точки действа като фронт на вълната в следващия момент. По този начин, ако светлината се разпространява без смущения, във всеки следващ момент фронтът на вълната ще бъде същият като при предишния. Но веднага след като лъчът срещне препятствие, играе още един фактор: в различни среди светлината пътува с различна скорост. По този начин фотонът, който успя да стигне първо до друга среда, ще се разпространява в него по-бързо от последния фотон от лъча. Следователно фронтът на вълната ще се наклони. Засега степента на поляризация няма нищо общо, но просто е необходимо да се разбере напълно това явление.

Време за обработка

Трябва да се каже отделно, че всички тези променислучват се невероятно бързо. Скоростта на светлината във вакуум е триста хиляди километра в секунда. Всяка среда забавя светлината, но не много. Времето, необходимо за вълновия фронт да се изкриви при преминаване от една среда в друга (например от въздух към вода), е изключително кратко. Човешкото око не може да забележи това и малко устройства са способни да записват толкова кратки процеси. Затова си струва да разберем явлението чисто теоретично. Сега, напълно наясно какво е радиация, читателят ще иска да разбере как да намери степента на поляризация на светлината? Нека не заблуждаваме неговите очаквания.

Поляризация на светлината

Вече споменахме по-горе, че в различни медийни фотонисветлините имат различна скорост. Тъй като светлината е напречна електромагнитна вълна (не е удебеляване и разреждане на средата), тя има две основни характеристики:

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

Първата характеристика показва къдесе насочва лъч светлина и възниква вектор на поляризация, тоест в която посока е насочен векторът на силата на електрическото поле. Това позволява въртене около вълновия вектор. Естествената светлина, като тази, излъчвана от слънцето, не е поляризирана. Осцилациите се разпространяват във всички посоки с еднаква вероятност; няма избрана посока или фигура, по дължината на която осцилира краят на вълновия вектор.

Видове поляризирана светлина

Преди да научите как да изчислявате формулата за степента на поляризация и да правите изчисления, струва си да разберете какви са типовете поляризирана светлина.

1. Елиптична поляризация. Краят на вълновия вектор на такава светлина описва елипса.
2. Линейна поляризация. Това е специален случай на първия вариант. Както подсказва името, картината е в една посока.
3. Кръгова поляризация. По друг начин се нарича още кръгова.

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

Частично поляризирана светлина

Прилагането на поляризационния ефект е огромно.Като насочват естествената светлина към обект и получават частично поляризирана светлина, учените могат да преценят свойствата на повърхността. Но как определяте степента на поляризация на частично поляризираната светлина?

Има формула N.A. Умова:

P = (I_платно-Аз_пара) / (I_платно+ Аз_пара), където I_платно Интензивността на светлината ли е в посока, перпендикулярна на равнината на поляризатора или отразяващата повърхност, и I_пара - паралелно. Стойността на P може да приеме стойности от 0 (за естествена светлина, лишена от всякаква поляризация) до 1 (за равнинно поляризирано лъчение).

Може ли естествената светлина да бъде поляризирана?

На пръв поглед въпросът е странен.В крайна сметка радиацията, при която няма избрани посоки, обикновено се нарича естествена. За жителите на земната повърхност обаче това в известен смисъл е приблизително. Слънцето излъчва поток от електромагнитни вълни с различна дължина. Това излъчване не е поляризирано. Но преминавайки през дебел слой на атмосферата, излъчването придобива незначителна поляризация. Така че степента на поляризация на естествената светлина обикновено не е нула. Но величината е толкова малка, че често се пренебрегва. Той се взема предвид само в случай на точни астрономически изчисления, при които най-малката грешка може да добави години към звездата или разстоянието до нашата система.

Защо светлината е поляризирана?

По-горе често казвахме, че в различна средафотоните се държат по различен начин. Но те не споменаха защо. Отговорът зависи от това за каква среда говорим, с други думи, в какво състояние на агрегация е.

1. Сряда е кристално тяло със строгопериодична структура. Обикновено структурата на такова вещество се представя като решетка с неподвижни топки - йони. Но като цяло това не е съвсем точно. Такова сближаване често е оправдано, но не в случай на взаимодействие между кристал и електромагнитно излъчване. Всъщност всеки йон се колебае около своето равновесно положение и то не хаотично, а в съответствие с това какви съседи има, на какви разстояния и колко има. Тъй като всички тези вибрации са строго програмирани от твърда среда, този йон е способен да излъчва погълнат фотон само със строго определена форма. Този факт поражда друго: каква ще бъде поляризацията на изходящия фотон зависи от посоката, в която той е влязъл в кристала. Това се нарича анизотропия на свойствата.
2. Сряда е течна.Тук отговорът е по-сложен, тъй като действат два фактора - сложността на молекулите и колебанията (удебеляване-разреждане) на плътността. Сами по себе си сложните дълги органични молекули имат специфична структура. Дори най-простите молекули сярна киселина не са хаотична сферична бучка, а много специфична кръстовидна форма. Друго нещо е, че всички те са хаотично разположени при нормални условия. Вторият фактор (флуктуация) обаче 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 съвместно насочени, или ще бъдат разположени една спрямо друга под някои специфични ъгли. Ако светлината по това време премине през такъв участък от течността, тя ще придобие частична поляризация. От това следва, че температурата силно влияе на поляризацията на течността: колкото по-висока е температурата, толкова по-силна е турбуленцията и толкова повече такива области ще се образуват. Последното заключение съществува благодарение на теорията за самоорганизацията.
3. Сряда - бензин.В случай на хомогенен газ се получава поляризация поради колебания. Ето защо естествената светлина на Слънцето, преминавайки през атмосферата, придобива лека поляризация. И затова цветът на небето е син: средният размер на уплътнените елементи е такъв, че синьото и виолетовото електромагнитно лъчение се разпръскват. Но ако имаме работа със смес от газове, изчисляването на степента на поляризация е много по-трудно. Тези проблеми често се решават от астрономи, които изучават светлината на звезда, преминала през плътен молекулярен облак от газове. Ето защо е толкова трудно и интересно да се изследват далечни галактики и купове. Но астрономите го правят и дават на хората невероятни снимки в дълбокия космос.