ระดับโพลาไรซ์ของแสงโพลาไรซ์บางส่วน: คำจำกัดความคำอธิบายและสูตร

วันนี้เราจะเปิดเผยสาระสำคัญของธรรมชาติคลื่นของแสงและปรากฏการณ์ "องศาโพลาไรซ์" ที่เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงนี้

ความสามารถในการมองเห็นและแสงสว่าง

ธรรมชาติของแสงและความสามารถที่เกี่ยวข้องเพื่อดูจิตใจของมนุษย์ที่เป็นห่วงเป็นเวลานาน ชาวกรีกโบราณพยายามอธิบายการมองเห็นสันนิษฐานว่า: ดวงตาเปล่ง "รังสี" บางอย่างที่ "รู้สึก" กับวัตถุรอบข้างและด้วยเหตุนี้จึงแจ้งให้บุคคลทราบถึงลักษณะและรูปร่างของพวกเขาหรือสิ่งที่ตัวเองปล่อยสิ่งที่ผู้คนจับได้และตัดสินว่าทุกอย่างเป็นอย่างไร ได้ผล ... ทฤษฎีกลายเป็นเรื่องที่ห่างไกลจากความจริง: สิ่งมีชีวิตมองผ่านแสงสะท้อน จากการรับรู้ข้อเท็จจริงนี้ไปจนถึงความสามารถในการคำนวณว่าระดับของโพลาไรซ์เท่ากับเท่าใดเหลืออีกเพียงขั้นตอนเดียวเท่านั้นที่จะเข้าใจว่าแสงเป็นคลื่น

แสงเป็นคลื่น

การศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับแสงเปิดเผย:ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณรบกวนจะแพร่กระจายเป็นเส้นตรงและไม่หันไปไหน หากสิ่งกีดขวางทึบแสงยืนขวางเส้นทางของลำแสงจะเกิดเงาขึ้นและจุดที่แสงไปเองผู้คนก็ไม่สนใจ แต่ทันทีที่รังสีปะทะกับตัวกลางโปร่งใสสิ่งที่น่าอัศจรรย์ก็เกิดขึ้น: ลำแสงเปลี่ยนทิศทางการแพร่กระจายและมืดลง ในปี 1678 H. Huygens ได้เสนอว่าสิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงเพียงข้อเดียวนั่นคือแสงเป็นคลื่น นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างหลักการ Huygens ซึ่งต่อมาได้รับการเสริมด้วย Fresnel ด้วยเหตุนี้ผู้คนในปัจจุบันจึงรู้วิธีกำหนดระดับของโพลาไรซ์

หลักการ Huygens-Fresnel

ตามหลักการนี้จุดใดก็ได้ในสิ่งแวดล้อมขึ้นอยู่กับซึ่งด้านหน้าของคลื่นมาถึงเป็นแหล่งรังสีทุติยภูมิที่เชื่อมโยงกันและซองของด้านหน้าทั้งหมดของจุดเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นหน้าคลื่นในช่วงเวลาถัดไปในเวลา ดังนั้นหากแสงแพร่กระจายโดยไม่มีการรบกวนในแต่ละช่วงเวลาถัดไปด้านหน้าของคลื่นจะเหมือนกับในช่วงก่อนหน้า แต่ทันทีที่ลำแสงพบสิ่งกีดขวางปัจจัยอื่นก็เข้ามามีบทบาท: ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันแสงจะแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ดังนั้นโฟตอนแรกที่สามารถเข้าถึงสื่ออื่นได้จะแพร่กระจายในนั้นเร็วกว่าโฟตอนสุดท้ายจากลำแสง ดังนั้นหน้าคลื่นจะเอียง จนถึงตอนนี้ระดับของโพลาไรซ์ไม่เกี่ยวข้องกับมัน แต่จำเป็นต้องเข้าใจปรากฏการณ์นี้อย่างถ่องแท้

เวลาดำเนินการ

ควรจะกล่าวแยกกันว่าการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ ความเร็วของแสงในสุญญากาศคือสามแสนกิโลเมตรต่อวินาที สื่อใด ๆ ทำให้แสงช้าลง แต่ไม่มาก เวลาที่หน้าคลื่นใช้ในการบิดเบือนเมื่อส่งผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง (เช่นจากอากาศไปยังน้ำ) นั้นสั้นมาก สายตาของมนุษย์ไม่สามารถสังเกตเห็นสิ่งนี้ได้และมีอุปกรณ์เพียงไม่กี่อย่างที่สามารถบันทึกกระบวนการสั้น ๆ ดังกล่าวได้ ดังนั้นจึงคุ้มค่าที่จะเข้าใจปรากฏการณ์ตามทฤษฎีอย่างหมดจด ตอนนี้เมื่อทราบอย่างถ่องแท้แล้วว่ารังสีคืออะไรผู้อ่านจะต้องเข้าใจวิธีการหาระดับของแสงโพลาไรซ์? อย่าหลอกลวงความคาดหวังของเขา

โพลาไรซ์แสง

เราได้กล่าวไปแล้วข้างต้นว่าในโฟตอนสื่อต่างๆไฟมีความเร็วต่างกัน เนื่องจากแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง (ไม่ใช่ปฏิกิริยาที่หนาขึ้นและหายากของตัวกลาง) จึงมีลักษณะสำคัญสองประการ:

• เวกเตอร์คลื่น
• แอมพลิจูด (เช่นปริมาณเวกเตอร์)

ลักษณะแรกระบุว่าอยู่ที่ไหนลำแสงถูกนำไปและเวกเตอร์โพลาไรซ์เกิดขึ้นนั่นคือไปในทิศทางที่เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าถูกนำไป สิ่งนี้ทำให้สามารถหมุนรอบเวกเตอร์คลื่นได้ แสงธรรมชาติเช่นที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาจะไม่มีขั้ว การสั่นแพร่กระจายไปในทุกทิศทางด้วยความน่าจะเป็นที่เท่ากันไม่มีทิศทางหรือรูปที่เลือกซึ่งจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์คลื่นจะแกว่ง

ประเภทของแสงโพลาไรซ์

ก่อนที่จะเรียนรู้วิธีคำนวณสูตรสำหรับระดับของโพลาไรซ์และทำการคำนวณคุณควรทำความเข้าใจว่าแสงโพลาไรซ์ประเภทใด

1. โพลาไรซ์รูปไข่ จุดสิ้นสุดของเวกเตอร์คลื่นของแสงดังกล่าวอธิบายถึงวงรี
2. โพลาไรซ์เชิงเส้น นี่เป็นกรณีพิเศษของตัวเลือกแรก ตามความหมายของชื่อรูปภาพจึงเป็นไปในทิศทางเดียว
3. โพลาไรซ์แบบวงกลม ในอีกวิธีหนึ่งเรียกอีกอย่างว่าวงกลม

แสงธรรมชาติใด ๆ ที่สามารถคิดได้ว่าผลรวมขององค์ประกอบสองขั้วที่ตั้งฉากกันซึ่งกันและกัน เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การจดจำว่าคลื่นสองขั้วที่ตั้งฉากกันไม่ได้ทำปฏิกิริยากัน การรบกวนของพวกเขาเป็นไปไม่ได้เนื่องจากจากมุมมองของปฏิสัมพันธ์ของแอมปลิจูดดูเหมือนว่าพวกมันจะไม่มีซึ่งกันและกัน เมื่อพบกันพวกเขาก็เดินต่อไปโดยไม่เปลี่ยนแปลง

แสงโพลาไรซ์บางส่วน

การประยุกต์ใช้ผลโพลาไรซ์เป็นอย่างมากนักวิทยาศาสตร์สามารถตัดสินคุณสมบัติของพื้นผิวได้โดยการนำแสงธรรมชาติเข้าสู่วัตถุและรับแสงโพลาไรซ์บางส่วน แต่คุณจะกำหนดระดับของโพลาไรซ์ของแสงโพลาไรซ์บางส่วนได้อย่างไร?

มีสูตร N.A. Umova:

P = (ฉัน_เลน-ผม_{อบไอน้ำ}) / (ผม_เลน+ ฉัน_{อบไอน้ำ}) โดยที่ฉัน_เลน คือความเข้มของแสงในทิศทางที่ตั้งฉากกับระนาบของโพลาไรเซอร์หรือพื้นผิวสะท้อนแสงและ I_{อบไอน้ำ} - ขนาน ค่าของ P สามารถรับค่าได้ตั้งแต่ 0 (สำหรับแสงธรรมชาติที่ไม่มีโพลาไรซ์ใด ๆ ) ถึง 1 (สำหรับการแผ่รังสีโพลาไรซ์ของระนาบ)

แสงธรรมชาติสามารถโพลาไรซ์ได้หรือไม่?

แวบแรกคำถามแปลก ๆอย่างไรก็ตามการแผ่รังสีที่ไม่มีทิศทางที่เลือกมักเรียกว่าธรรมชาติ อย่างไรก็ตามสำหรับผู้ที่อาศัยอยู่บนพื้นผิวโลกนี่เป็นความหมายโดยประมาณ ดวงอาทิตย์ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวต่างกัน รังสีนี้ไม่มีขั้ว แต่เมื่อผ่านชั้นบรรยากาศหนา ๆ รังสีจะได้รับโพลาไรเซชันที่ไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นระดับของโพลาไรซ์ของแสงธรรมชาติโดยทั่วไปจึงไม่เป็นศูนย์ แต่ขนาดมีขนาดเล็กมากจนมักถูกละเลย จะนำมาพิจารณาเฉพาะในกรณีของการคำนวณทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำเท่านั้นซึ่งข้อผิดพลาดเพียงเล็กน้อยสามารถเพิ่มปีให้กับดาวหรือระยะทางในระบบของเราได้

ทำไมแสงถึงเป็นโพลาไรซ์?

ข้างต้นเรามักจะพูดว่าในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันโฟตอนทำงานแตกต่างกัน แต่พวกเขาไม่ได้พูดถึงว่าทำไม คำตอบขึ้นอยู่กับว่าเรากำลังพูดถึงสภาพแวดล้อมแบบไหนกล่าวอีกนัยหนึ่งคือสภาวะของการรวมตัวเป็นอย่างไร

1. วันพุธเป็นรูปผลึกที่มีความเข้มงวดโครงสร้างเป็นระยะ โดยปกติโครงสร้างของสารดังกล่าวจะแสดงเป็นตาข่ายที่มีลูกบอลคงที่ - ไอออน แต่โดยทั่วไปสิ่งนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมด การประมาณเช่นนี้มักจะมีเหตุผล แต่ไม่ใช่ในกรณีของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างคริสตัลกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ในความเป็นจริงไอออนแต่ละตัวจะสั่นสะเทือนเกี่ยวกับตำแหน่งสมดุลของมันไม่ใช่แบบโกลาหล แต่สอดคล้องกับสิ่งที่เพื่อนบ้านมีระยะทางเท่าใดและมีจำนวนเท่าใด เนื่องจากการสั่นสะเทือนทั้งหมดนี้ได้รับการตั้งโปรแกรมอย่างเคร่งครัดโดยตัวกลางที่มีความแข็งไอออนนี้จึงสามารถเปล่งโฟตอนที่ถูกดูดซับด้วยรูปร่างที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดเท่านั้น ข้อเท็จจริงนี้ก่อให้เกิดอีกสิ่งหนึ่ง: โพลาไรเซชันของโฟตอนขาออกจะเป็นอย่างไรนั้นขึ้นอยู่กับทิศทางที่มันเข้าสู่คริสตัล สิ่งนี้เรียกว่าคุณสมบัติ anisotropy
2. วันพุธมีของเหลวคำตอบมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากมีสองปัจจัยในการทำงาน - ความซับซ้อนของโมเลกุลและความผันผวน (การควบแน่น - ปฏิกิริยาหายาก) ของความหนาแน่น ด้วยตัวมันเองโมเลกุลอินทรีย์ยาวที่ซับซ้อนมีโครงสร้างที่แน่นอน แม้แต่โมเลกุลของกรดซัลฟิวริกที่เรียบง่ายที่สุดก็ไม่ได้เป็นก้อนทรงกลมที่วุ่นวาย แต่เป็นรูปไม้กางเขนที่เฉพาะเจาะจงมาก อีกประการหนึ่งก็คือพวกมันทั้งหมดตั้งอยู่อย่างวุ่นวายภายใต้สภาวะปกติ อย่างไรก็ตามปัจจัยที่สอง (ความผันผวน) สามารถสร้างเงื่อนไขที่โมเลกุลจำนวนน้อยก่อตัวเป็นปริมาตรขนาดเล็กคล้ายโครงสร้างชั่วคราว ในกรณีนี้โมเลกุลทั้งหมดจะถูกกำกับร่วมกันหรือจะอยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กันในมุมที่เฉพาะเจาะจง หากแสงในเวลานี้ผ่านส่วนของของเหลวดังกล่าวจะได้รับโพลาไรซ์บางส่วน ดังนั้นอุณหภูมิจึงมีผลอย่างมากต่อโพลาไรเซชันของของเหลว: ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นความปั่นป่วนก็จะยิ่งรุนแรงขึ้นและพื้นที่ดังกล่าวจะก่อตัวมากขึ้น ข้อสรุปหลังเกิดขึ้นเนื่องจากทฤษฎีการจัดระเบียบตนเอง
3. วันพุธเป็นก๊าซในกรณีของก๊าซที่เป็นเนื้อเดียวกันโพลาไรเซชันจะเกิดขึ้นเนื่องจากความผันผวน นั่นคือเหตุผลที่แสงธรรมชาติของดวงอาทิตย์ที่ผ่านชั้นบรรยากาศได้รับโพลาไรซ์เล็กน้อย และนั่นคือเหตุผลที่สีของท้องฟ้าเป็นสีน้ำเงินขนาดโดยเฉลี่ยขององค์ประกอบที่ถูกบดอัดนั้นทำให้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสีน้ำเงินและสีม่วงกระจัดกระจาย แต่ถ้าเรากำลังจัดการกับส่วนผสมของก๊าซการคำนวณระดับของโพลาไรซ์นั้นยากกว่ามาก ปัญหาเหล่านี้มักได้รับการแก้ไขโดยนักดาราศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับแสงของดาวฤกษ์ที่ผ่านกลุ่มเมฆก๊าซที่มีโมเลกุลหนาแน่น นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นเรื่องยากและน่าสนใจในการศึกษาดาราจักรและกระจุกดาวที่อยู่ห่างไกล แต่นักดาราศาสตร์กำลังทำมันและนำเสนอภาพถ่ายอวกาศอันน่าทึ่งให้กับมนุษย์