Mate van polarisatie van gedeeltelijk gepolariseerd licht: definitie, beschrijving en formule

Vandaag zullen we de essentie onthullen van de golfkarakteristiek van licht en het fenomeen "polarisatiegraad" dat hiermee samenhangt.

Het vermogen om te zien en te verlichten

De aard van licht en het bijbehorende vermogenlange tijd bezorgde menselijke geesten te zien. De oude Grieken, die het gezichtsvermogen probeerden uit te leggen, gingen ervan uit: ofwel zendt het oog enkele 'stralen' uit die de omringende objecten 'voelen' en daardoor de persoon informeren over hun uiterlijk en vorm, of de dingen zelf zenden iets uit dat mensen opvangen en beoordelen hoe alles werkt ... De theorieën bleken verre van waar te zijn: levende wezens zien door gereflecteerd licht. Vanaf het besef van dit feit tot het vermogen om te berekenen waaraan de polarisatiegraad gelijk is, was er nog maar één stap over - om te begrijpen dat licht een golf is.

Licht is een golf

Een meer gedetailleerde studie van het licht onthulde:bij afwezigheid van interferentie plant het zich in een rechte lijn voort en draait het nergens heen. Als een ondoorzichtig obstakel in het pad van de straal staat, worden schaduwen gevormd en waar het licht zelf gaat, waren mensen niet geïnteresseerd. Maar zodra de straling in botsing kwam met een transparant medium, gebeurden er verbazingwekkende dingen: de straal veranderde van voortplantingsrichting en dimde. In 1678 suggereerde H. Huygens dat dit verklaard kan worden door een enkel feit: licht is een golf. De wetenschapper vormde het Huygens-principe, dat later werd aangevuld door Fresnel. Hierdoor weten mensen tegenwoordig hoe ze de polarisatiegraad kunnen bepalen.

Huygens-Fresnel-principe

Volgens dit principe kan elk punt in de omgeving totdie het golffront heeft bereikt, is een secundaire bron van coherente straling, en de omhullende van alle fronten van deze punten fungeert als het golffront op het volgende moment in de tijd. Dus als het licht zich zonder interferentie voortplant, zal het golffront op elk volgend moment hetzelfde zijn als op het vorige. Maar zodra de straal een obstakel tegenkomt, speelt een andere factor een rol: in ongelijksoortige omgevingen plant het licht zich met verschillende snelheden voort. Het eerste foton dat erin slaagde een ander medium te bereiken, zal zich er dus sneller in voortplanten dan het laatste foton uit de bundel. Hierdoor gaat het golffront kantelen. Tot dusver heeft de polarisatiegraad er niets mee te maken, maar het is gewoon nodig om dit fenomeen volledig te begrijpen.

Procestijd

Het moet apart worden gezegd dat al deze veranderingengebeuren ongelooflijk snel. De lichtsnelheid in een vacuüm is driehonderdduizend kilometer per seconde. Elk medium vertraagt ​​licht, maar niet veel. De tijd die het golffront nodig heeft om te vervormen wanneer het van het ene medium naar het andere gaat (bijvoorbeeld van lucht naar water) is extreem kort. Het menselijk oog merkt dit niet en er zijn maar weinig apparaten die zulke korte processen kunnen registreren. Het loont dus de moeite om het fenomeen puur theoretisch te begrijpen. Nu de lezer zich volledig bewust is van wat straling is, zal hij willen begrijpen hoe hij de polarisatiegraad van licht kan bepalen. Laten we zijn verwachtingen niet bedriegen.

Lichtpolarisatie

We hebben hierboven al vermeld dat in verschillende media fotonenlichten hebben verschillende snelheden. Omdat licht een transversale elektromagnetische golf is (het is geen verdikking en verdunning van het medium), heeft het twee hoofdkenmerken:

• golf vector;
• amplitude (ook een vectorgrootheid).

Het eerste kenmerk geeft aan waareen lichtbundel wordt gericht en er ontstaat een polarisatievector, dat wil zeggen in welke richting de vector van de elektrische veldsterkte wordt gericht. Dit maakt het mogelijk om rond de golfvector te roteren. Natuurlijk licht, zoals dat van de zon, is niet gepolariseerd. Trillingen planten zich met dezelfde waarschijnlijkheid in alle richtingen voort; er is geen gekozen richting of figuur waarlangs het einde van de golfvector oscilleert.

Soorten gepolariseerd licht

Voordat u leert hoe u de formule voor de polarisatiegraad kunt berekenen en berekeningen kunt maken, is het de moeite waard om te begrijpen welke soorten gepolariseerd licht zijn.

1. Elliptische polarisatie. Het einde van de golfvector van dergelijk licht beschrijft een ellips.
2. Lineaire polarisatie. Dit is een speciaal geval van de eerste optie. Zoals de naam al aangeeft, is het beeld in één richting.
3. Circulaire polarisatie. Op een andere manier wordt het ook circulair genoemd.

Elk natuurlijk licht kan worden gezien alsde som van twee onderling loodrecht gepolariseerde elementen. Het is de moeite waard eraan te denken dat twee loodrecht gepolariseerde golven geen interactie hebben. Hun interferentie is onmogelijk, omdat ze vanuit het oogpunt van de interactie van amplitudes niet voor elkaar lijken te bestaan. Als ze elkaar ontmoeten, gaan ze gewoon verder zonder te veranderen.

Gedeeltelijk gepolariseerd licht

De toepassing van het polarisatie-effect is enorm.Door natuurlijk licht op een object te richten en gedeeltelijk gepolariseerd licht te ontvangen, kunnen wetenschappers de eigenschappen van het oppervlak beoordelen. Maar hoe bepaal je de polarisatiegraad van gedeeltelijk gepolariseerd licht?

Er is een formule N.A. Umova:

P = (ik_rijbaan-IK_stoom-) / (I_rijbaan+ Ik_stoom-), waar ik_rijbaan Is de intensiteit van het licht in een richting loodrecht op het vlak van de polarisator of het reflecterende oppervlak, en ik_stoom- - parallel. De waarde van P kan waarden aannemen van 0 (voor natuurlijk licht zonder polarisatie) tot 1 (voor vlak gepolariseerde straling).

Kan natuurlijk licht worden gepolariseerd?

Op het eerste gezicht is de vraag vreemd.Immers, straling waarin geen gekozen richtingen zijn, wordt meestal natuurlijk genoemd. Voor de bewoners van het aardoppervlak is dit echter in zekere zin een benadering. De zon geeft een stroom elektromagnetische golven van verschillende lengtes af. Deze straling is niet gepolariseerd. Maar door een dikke laag van de atmosfeer te passeren, verwerft de straling een onbeduidende polarisatie. Dus de polarisatiegraad van natuurlijk licht in het algemeen is niet nul. Maar de omvang is zo klein dat het vaak wordt verwaarloosd. Er wordt alleen rekening mee gehouden in het geval van nauwkeurige astronomische berekeningen, waarbij de kleinste fout jaren kan optellen bij de ster of de afstand tot ons systeem.

Waarom is licht gepolariseerd?

Hierboven hebben we dat vaak gezegd in verschillende omgevingenfotonen gedragen zich anders. Maar ze zeiden niet waarom. Het antwoord hangt af van wat voor soort omgeving we het hebben, met andere woorden, in welke staat van aggregatie het is.

1. Woensdag is een kristallijn lichaam met strengperiodieke structuur. Gewoonlijk wordt de structuur van een dergelijke stof gepresenteerd als een rooster met vaste bolletjes - ionen. Maar over het algemeen is dit niet helemaal juist. Een dergelijke benadering is vaak gerechtvaardigd, maar niet in het geval van interactie tussen een kristal en elektromagnetische straling. In feite oscilleert elk ion rond zijn evenwichtspositie, en niet chaotisch, maar in overeenstemming met wat voor soort buren het heeft, op welke afstanden en hoeveel het er zijn. Omdat al deze trillingen strikt worden geprogrammeerd door een rigide medium, is dit ion alleen in staat om een ​​geabsorbeerd foton met een strikt gedefinieerde vorm uit te zenden. Dit feit geeft aanleiding tot een ander: wat de polarisatie van het uitgaande foton zal zijn, hangt af van de richting waarin het het kristal is binnengekomen. Dit wordt eigenschapanisotropie genoemd.
2. Woensdag is vloeibaar.Hier is het antwoord gecompliceerder, omdat er twee factoren aan het werk zijn: de complexiteit van moleculen en fluctuaties (condensatie-verdunning) van dichtheid. Op zichzelf hebben complexe lange organische moleculen een duidelijke structuur. Zelfs de eenvoudigste zwavelzuurmoleculen zijn geen chaotische bolvormige klomp, maar een heel specifieke kruisvorm. Een ander ding is dat ze allemaal chaotisch zijn gelegen onder normale omstandigheden. De tweede factor (fluctuatie) is echter in staat omstandigheden te creëren waaronder een klein aantal moleculen in een klein volume zoiets als een tijdelijke structuur vormen. In dit geval zullen ofwel alle moleculen in dezelfde richting worden gestuurd, of ze zullen onder bepaalde hoeken ten opzichte van elkaar worden gelokaliseerd. Als er op dat moment licht door een dergelijk gedeelte van de vloeistof gaat, zal het een gedeeltelijke polarisatie krijgen. Hieruit volgt dat temperatuur de polarisatie van de vloeistof sterk beïnvloedt: hoe hoger de temperatuur, hoe ernstiger de turbulentie, en hoe meer van dergelijke gebieden zullen worden gevormd. De laatste conclusie is te danken aan de theorie van zelforganisatie.
3. Woensdag is gas.Bij een homogeen gas treedt polarisatie op door fluctuaties. Dat is de reden waarom het natuurlijke licht van de zon, dat door de atmosfeer gaat, een lichte polarisatie krijgt. En daarom is de kleur van de lucht blauw: de gemiddelde grootte van de verdichte elementen is zodanig dat blauwe en violette elektromagnetische straling wordt verstrooid. Maar als we te maken hebben met een mengsel van gassen, is het veel moeilijker om de polarisatiegraad te berekenen. Deze problemen worden vaak opgelost door astronomen die het licht bestuderen van een ster die door een dichte moleculaire gaswolk is gegaan. Daarom is het zo moeilijk en interessant om verre sterrenstelsels en clusters te bestuderen. Maar astronomen doen het en presenteren verbazingwekkende diepruimtefoto's aan mensen.