Grado di polarizzazione della luce parzialmente polarizzata: definizione, descrizione e formula

Oggi sveleremo l'essenza della natura ondulatoria della luce e il fenomeno "grado di polarizzazione" associato a questo fatto.

La capacità di vedere e illuminare

La natura della luce e l'abilità associatavedere menti umane preoccupate per molto tempo. Gli antichi greci, cercando di spiegare la visione, presumevano: o l'occhio emette dei "raggi" che "sentono" gli oggetti circostanti e quindi informano la persona del loro aspetto e forma, oppure le cose stesse emettono qualcosa che le persone catturano e giudicano come ogni cosa funziona ... Le teorie si sono rivelate lontane dalla verità: gli esseri viventi vedono attraverso la luce riflessa. Dalla realizzazione di questo fatto alla capacità di calcolare a cosa è uguale il grado di polarizzazione, era rimasto solo un passo: capire che la luce è un'onda.

La luce è un'onda

Uno studio più dettagliato della luce ha rivelato:in assenza di interferenze si propaga in linea retta e non gira da nessuna parte. Se un ostacolo opaco si trova nel percorso del raggio, si formano ombre e dove va la luce stessa, le persone non erano interessate. Ma non appena la radiazione si è scontrata con un mezzo trasparente, sono accadute cose sorprendenti: il raggio ha cambiato la sua direzione di propagazione e si è attenuato. Nel 1678 H. Huygens suggerì che questo può essere spiegato da un singolo fatto: la luce è un'onda. Lo scienziato ha formato il principio di Huygens, che è stato successivamente integrato da Fresnel. Grazie a ciò, le persone oggi sanno come determinare il grado di polarizzazione.

Principio di Huygens-Fresnel

Secondo questo principio, qualsiasi punto nell'ambiente fino ache il fronte d'onda ha raggiunto, è una sorgente secondaria di radiazione coerente, e l'inviluppo di tutti i fronti di questi punti agisce come fronte d'onda nel momento successivo nel tempo. Quindi, se la luce si propaga senza interferenze, in ogni momento successivo il fronte d'onda sarà lo stesso del precedente. Ma non appena il raggio incontra un ostacolo, entra in gioco un altro fattore: in ambienti dissimili, la luce si propaga a velocità differenti. Pertanto, il fotone che è riuscito a raggiungere per primo un altro mezzo si propagherà più velocemente dell'ultimo fotone del raggio. Di conseguenza, il fronte d'onda si inclinerà. Finora, il grado di polarizzazione non ha nulla a che fare con questo, ma è semplicemente necessario comprendere appieno questo fenomeno.

Tempo di processo

Va detto separatamente che tutti questi cambiamentiaccade incredibilmente velocemente. La velocità della luce nel vuoto è di trecentomila chilometri al secondo. Qualsiasi mezzo rallenta la luce, ma non molto. Il tempo impiegato dal fronte d'onda per distorcersi quando passa da un mezzo all'altro (ad esempio, dall'aria all'acqua) è estremamente breve. L'occhio umano non può accorgersene e pochi dispositivi sono in grado di registrare processi così brevi. Quindi vale la pena comprendere il fenomeno in modo puramente teorico. Ora, pienamente consapevole di cosa sia la radiazione, il lettore vorrà capire come trovare il grado di polarizzazione della luce? Non inganniamo le sue aspettative.

Polarizzazione della luce

Abbiamo già accennato in precedenza a questo in diversi media fotonile luci hanno velocità diverse. Poiché la luce è un'onda elettromagnetica trasversale (non è un ispessimento e rarefazione del mezzo), ha due caratteristiche principali:

• vettore d'onda;
• ampiezza (anche una quantità vettoriale).

La prima caratteristica indica doveviene diretto un raggio di luce e sorge un vettore di polarizzazione, cioè in quale direzione è diretto il vettore dell'intensità del campo elettrico. Ciò consente la rotazione attorno al vettore d'onda. La luce naturale, come quella emessa dal sole, non è polarizzata. Le oscillazioni si diffondono in tutte le direzioni con uguale probabilità; non esiste una direzione o figura scelta lungo la quale oscilla l'estremità del vettore d'onda.

Tipi di luce polarizzata

Prima di imparare a calcolare la formula per il grado di polarizzazione e fare calcoli, vale la pena capire quali sono i tipi di luce polarizzata.

1. Polarizzazione ellittica. La fine del vettore d'onda di tale luce descrive un'ellisse.
2. Polarizzazione lineare. Questo è un caso speciale della prima opzione. Come suggerisce il nome, l'immagine è in una direzione.
3. Polarizzazione circolare. In un altro modo, è anche chiamato circolare.

Si può pensare a qualsiasi luce naturalela somma di due elementi polarizzati reciprocamente perpendicolarmente. Va ricordato che due onde polarizzate perpendicolarmente non interagiscono. La loro interferenza è impossibile, poiché dal punto di vista dell'interazione delle ampiezze, sembrano non esistere l'una per l'altra. Quando si incontrano, vanno avanti senza cambiare.

Luce parzialmente polarizzata

L'applicazione dell'effetto di polarizzazione è enorme.Dirigendo la luce naturale su un oggetto e ricevendo luce parzialmente polarizzata, gli scienziati possono giudicare le proprietà della superficie. Ma come si determina il grado di polarizzazione della luce parzialmente polarizzata?

Esiste una formula N.A. Umova:

P = (I_Lane-IO_vapore) / (IO_Lane+ I_vapore), dove io_Lane È l'intensità della luce nella direzione perpendicolare al piano del polarizzatore o superficie riflettente, e io_vapore - parallelo. Il valore di P può assumere valori da 0 (per luce naturale priva di polarizzazione) a 1 (per radiazione polarizzata nel piano).

La luce naturale può essere polarizzata?

La domanda è strana a prima vista.Dopotutto, la radiazione in cui non ci sono direzioni selezionate è solitamente chiamata naturale. Tuttavia, per gli abitanti della superficie terrestre, questa è in un certo senso un'approssimazione. Il sole emette un flusso di onde elettromagnetiche di varie lunghezze. Questa radiazione non è polarizzata. Ma passando attraverso uno spesso strato di atmosfera, la radiazione acquisisce una polarizzazione insignificante. Quindi il grado di polarizzazione della luce naturale generalmente non è zero. Ma la grandezza è così piccola che spesso viene trascurata. Viene preso in considerazione solo nel caso di calcoli astronomici precisi, dove il minimo errore può aggiungere anni alla stella o alla distanza dal nostro sistema.

Perché la luce è polarizzata?

Sopra, l'abbiamo spesso detto in ambienti dissimilii fotoni si comportano diversamente. Ma non hanno detto perché. La risposta dipende dal tipo di ambiente di cui parliamo, in altre parole, in che stato di aggregazione si trova.

1. Mercoledì è un corpo cristallino con rigorosostruttura periodica. Di solito la struttura di una tale sostanza è presentata come un reticolo con sfere fisse - ioni. Ma in generale, questo non è del tutto accurato. Tale approssimazione è spesso giustificata, ma non nel caso dell'interazione tra un cristallo e una radiazione elettromagnetica. Ogni ione, infatti, oscilla attorno alla sua posizione di equilibrio, e non in modo caotico, ma in base a quali vicini ha, a quali distanze e quante ce ne sono. Poiché tutte queste vibrazioni sono strettamente programmate da un mezzo rigido, questo ione è in grado di emettere un fotone assorbito solo di una forma strettamente definita. Da questo fatto ne nasce un altro: quale sarà la polarizzazione del fotone uscente dipende dalla direzione in cui è entrato nel cristallo. Questa è chiamata anisotropia della proprietà.
2. Il mercoledì è liquido.Qui la risposta è più complicata, poiché ci sono due fattori all'opera: la complessità delle molecole e le fluttuazioni (ispessimento-rarefazione) della densità. Di per sé, molecole organiche lunghe complesse hanno una struttura specifica. Anche le più semplici molecole di acido solforico non sono un grumo sferico caotico, ma una forma cruciforme molto specifica. Un'altra cosa è che sono tutti dislocati in modo caotico in condizioni normali. Tuttavia, il secondo fattore (fluttuazione) è in grado di creare condizioni in cui un piccolo numero di molecole si forma in un piccolo volume qualcosa come una struttura temporanea. In questo caso, o tutte le molecole saranno co-dirette o saranno posizionate l'una rispetto all'altra ad alcuni angoli specifici. Se la luce in questo momento passa attraverso una tale sezione di liquido, acquisirà una polarizzazione parziale. Da ciò ne consegue che la temperatura influenza fortemente la polarizzazione del liquido: maggiore è la temperatura, più grave sarà la turbolenza e più tali aree si formeranno. Quest'ultima conclusione esiste grazie alla teoria dell'auto-organizzazione.
3. Mercoledì - gas.Nel caso di un gas omogeneo, la polarizzazione si verifica a causa delle fluttuazioni. Ecco perché la luce naturale del Sole, passando attraverso l'atmosfera, acquista una leggera polarizzazione. Ed è per questo che il colore del cielo è blu: la dimensione media degli elementi compattati è tale che la radiazione elettromagnetica blu e viola viene dispersa. Ma se abbiamo a che fare con una miscela di gas, calcolare il grado di polarizzazione è molto più difficile. Questi problemi vengono spesso risolti dagli astronomi che studiano la luce di una stella che è passata attraverso una densa nube molecolare di gas. Ecco perché è così difficile e interessante studiare galassie e ammassi distanti. Ma gli astronomi lo fanno e danno alle persone incredibili foto dello spazio profondo.