Grado de polarización de la luz parcialmente polarizada: definición, descripción y fórmula

Hoy revelaremos la esencia de la naturaleza ondulatoria de la luz y el fenómeno "grado de polarización" asociado con este hecho.

La capacidad de ver e iluminar

La naturaleza de la luz y su habilidad asociada.ver mentes humanas preocupadas durante mucho tiempo. Los antiguos griegos, tratando de explicar la visión, asumieron: o el ojo emite algunos "rayos" que "sienten" los objetos circundantes y por lo tanto informan a la persona de su apariencia y forma, o las cosas mismas emiten algo que la gente capta y juzga cómo todo. funciona ... Las teorías resultaron estar muy lejos de la verdad: los seres vivos ven a través de la luz reflejada. Desde darse cuenta de este hecho hasta la capacidad de calcular a qué es igual el grado de polarización, solo quedaba un paso: comprender que la luz es una onda.

La luz es una ola

Un estudio más detallado de la luz reveló:en ausencia de interferencia, se propaga en línea recta y no gira a ningún lado. Si un obstáculo opaco se interpone en el camino del rayo, entonces se forman sombras y, donde va la luz, la gente no estaba interesada. Pero tan pronto como la radiación chocó con un medio transparente, sucedieron cosas asombrosas: el rayo cambió su dirección de propagación y se atenuó. En 1678 H. Huygens sugirió que esto puede explicarse por un solo hecho: la luz es una onda. El científico formó el principio de Huygens, que luego fue complementado por Fresnel. Gracias a esto, la gente hoy sabe cómo determinar el grado de polarización.

Principio de Huygens-Fresnel

Según este principio, cualquier punto del entorno hastaque ha alcanzado el frente de onda, es una fuente secundaria de radiación coherente, y la envolvente de todos los frentes de estos puntos actúa como el frente de onda en el siguiente momento en el tiempo. Por tanto, si la luz se propaga sin interferencias, en cada momento siguiente el frente de onda será el mismo que en el anterior. Pero tan pronto como el rayo encuentra un obstáculo, otro factor entra en juego: en entornos diferentes, la luz viaja a diferentes velocidades. Por lo tanto, el fotón que logró llegar primero a otro medio se propagará en él más rápido que el último fotón del haz. En consecuencia, el frente de onda se inclinará. Hasta ahora, el grado de polarización no tiene nada que ver con eso, pero simplemente es necesario comprender completamente este fenómeno.

Tiempo de procesamiento

Debe decirse por separado que todos estos cambiossuceder increíblemente rápido. La velocidad de la luz en el vacío es de trescientos mil kilómetros por segundo. Cualquier medio ralentiza la luz, pero no mucho. El tiempo que tarda el frente de onda en distorsionarse al pasar de un medio a otro (por ejemplo, del aire al agua) es extremadamente corto. El ojo humano no puede notar esto y pocos dispositivos son capaces de registrar procesos tan cortos. Por tanto, merece la pena comprender el fenómeno de forma puramente teórica. Ahora, plenamente consciente de lo que es la radiación, el lector querrá entender cómo encontrar el grado de polarización de la luz. No engañemos sus expectativas.

Polarización de luz

Ya hemos mencionado anteriormente que en diferentes medios los fotoneslas luces tienen diferentes velocidades. Dado que la luz es una onda electromagnética transversal (no es un espesamiento y rarefacción del medio), tiene dos características principales:

• vector de onda;
• amplitud (también una cantidad vectorial).

La primera característica indica dóndese dirige un haz de luz y surge un vector de polarización, es decir, en qué dirección se dirige el vector de intensidad del campo eléctrico. Esto permite la rotación alrededor del vector de onda. La luz natural, como la emitida por el sol, no está polarizada. Las oscilaciones se propagan en todas direcciones con la misma probabilidad; no hay una dirección o figura elegida a lo largo de la cual oscile el extremo del vector de onda.

Tipos de luz polarizada

Antes de aprender a calcular la fórmula para el grado de polarización y hacer cálculos, vale la pena comprender qué tipos de luz polarizada son.

1. Polarización elíptica. El final del vector de onda de dicha luz describe una elipse.
2. Polarización lineal. Este es un caso especial de la primera opción. Como su nombre lo indica, la imagen va en una dirección.
3. Polarización circular. De otra forma, también se le llama circular.

Cualquier luz natural puede considerarsela suma de dos elementos polarizados mutuamente perpendicularmente. Debe recordarse que dos ondas polarizadas perpendicularmente no interactúan. Su interferencia es imposible, ya que desde el punto de vista de la interacción de amplitudes, no parecen existir el uno para el otro. Cuando se encuentran, simplemente siguen adelante sin cambiar.

Luz parcialmente polarizada

La aplicación del efecto de polarización es enorme.Al dirigir la luz natural hacia un objeto y recibir luz parcialmente polarizada, los científicos pueden juzgar las propiedades de la superficie. Pero, ¿cómo se determina el grado de polarización de la luz parcialmente polarizada?

Hay una fórmula N.A. Umova:

P = (yo_carril-I_vapor) / (I_carril+ Yo_vapor), donde_carril ¿Es la intensidad de la luz en la dirección perpendicular al plano del polarizador o superficie reflectante, y yo_vapor - paralela. El valor de P puede tomar valores de 0 (para luz natural sin polarización) a 1 (para radiación polarizada en plano).

¿Se puede polarizar la luz natural?

La pregunta es extraña a primera vista.Después de todo, la radiación en la que no hay direcciones seleccionadas generalmente se llama natural. Sin embargo, para los habitantes de la superficie de la Tierra, esto es en cierto sentido una aproximación. El sol emite una corriente de ondas electromagnéticas de varias longitudes. Esta radiación no está polarizada. Pero al atravesar una capa gruesa de la atmósfera, la radiación adquiere una polarización insignificante. Entonces, el grado de polarización de la luz natural generalmente no es cero. Pero la magnitud es tan pequeña que a menudo se pasa por alto. Se tiene en cuenta solo en el caso de cálculos astronómicos precisos, donde el más mínimo error puede sumar años a la estrella o la distancia a nuestro sistema.

¿Por qué la luz está polarizada?

Arriba, a menudo dijimos que en entornos diferenteslos fotones se comportan de manera diferente. Pero no mencionaron por qué. La respuesta depende de qué tipo de entorno estemos hablando, es decir, en qué estado de agregación se encuentra.

1. El miércoles es un cuerpo cristalino con estrictasestructura periódica. Por lo general, la estructura de dicha sustancia se presenta como una red con bolas fijas: iones. Pero, en general, esto no es del todo exacto. Esta aproximación suele estar justificada, pero no en el caso de la interacción entre un cristal y una radiación electromagnética. De hecho, cada ion oscila alrededor de su posición de equilibrio, y no de forma caótica, sino de acuerdo con qué vecinos tiene, a qué distancias y cuántos hay. Dado que todas estas vibraciones están estrictamente programadas por un medio rígido, este ion es capaz de emitir un fotón absorbido solo de una forma estrictamente definida. Este hecho da lugar a otro: cuál será la polarización del fotón saliente depende de la dirección en la que entró en el cristal. Esto se llama anisotropía de propiedades.
2. El miércoles es líquido.Aquí la respuesta es más complicada, ya que hay dos factores en juego: la complejidad de las moléculas y las fluctuaciones (espesamiento-rarefacción) de densidad. Por sí mismas, las moléculas orgánicas largas y complejas tienen una estructura específica. Incluso las moléculas de ácido sulfúrico más simples no son un bulto esférico caótico, sino una forma cruciforme muy específica. Otra cosa es que todos se encuentran caóticamente ubicados en condiciones normales. Sin embargo, el segundo factor (fluctuación) es capaz de crear condiciones bajo las cuales una pequeña cantidad de moléculas se forman en un pequeño volumen, algo así como una estructura temporal. En este caso, todas las moléculas estarán codirigidas o se ubicarán entre sí en algunos ángulos específicos. Si la luz en este momento pasa a través de dicha sección de líquido, adquirirá una polarización parcial. De esto se sigue que la temperatura afecta fuertemente la polarización del líquido: cuanto más alta es la temperatura, más severa es la turbulencia y más áreas de este tipo se formarán. La última conclusión existe gracias a la teoría de la autoorganización.
3. Miércoles - gas.En el caso de un gas homogéneo, la polarización se produce debido a fluctuaciones. Es por eso que la luz natural del Sol, al pasar por la atmósfera, adquiere una ligera polarización. Y por eso el color del cielo es azul: el tamaño medio de los elementos compactados es tal que se dispersa la radiación electromagnética azul y violeta. Pero si se trata de una mezcla de gases, calcular el grado de polarización es mucho más difícil. Estos problemas a menudo los resuelven los astrónomos que estudian la luz de una estrella que ha atravesado una densa nube molecular de gas. Por eso es tan difícil e interesante estudiar galaxias y cúmulos distantes. Pero los astrónomos lo hacen y le dan a la gente increíbles fotos del espacio profundo.