Osittain polaroituneen valon polarisaatioaste: määritelmä, kuvaus ja kaava

Tänään paljastamme valon aallon luonteen ja tämän tosiasian "polarisaation aste" liittyvän ilmiön.

Kyky nähdä ja valoa

Valon luonne ja siihen liittyvä kykykatso levoton ihmisten mielissä jo pitkään. Muinaiset kreikkalaiset, yrittää selittää vision, ehdotti: joko silmä päästää joitakin "säteitä" että "haparoiden" ympärillä oleviin esineisiin ja siten ilmoittaa henkilölle heidän muodoissa, tai asioita itse säteillä jotain vangita ihmisiä ja arvioimaan, miten asiat toimivat . Teoriat olivat kaukana totuudesta: elävän olennot nähdä läpi heijastuneen valon. Tästä toteutus kyky selvittää, mitä on ilmoitettu polarisaatio, hän jäi yksi askel - ymmärtää, että valo on aalto.

Valo on aalto

Tarkempaan valaistuksen tutkimukseen saatiin selville: Koska häiriöiden se ulottuu suorassa linjassa ja ei romahda. Jos suihkun kulkureitillä nousee läpinäkymätön este, varjot muodostetaan ja jossa se menee hyvin kevyt, ihmiset eivät ole kiinnostuneita. Mutta kun säteily törmäsi läpinäkyvään ympäristöön, hämmästyttävät asiat tapahtuivat: palkki muutti etenemisen suuntaa ja himmeni. Vuonna 1678, Christiaan Huygens ehdotti, että tämä voidaan selittää ainoastaan ​​sillä: valo - aalto. Tutkija muotoinen Huygensin periaate, joka myöhemmin täydennetty Fresnel. Tästä johtuen ihmiset nykyään osaavat määritellä polarisaatio.

Huygens-Fresnel -periaate

Tämän periaatteen mukaan jokainen keskipisteen kohta, enintäänjoka on aallon etuosa, on sekundaarinen koherentisen säteilyn lähde, ja kaikkien näiden pisteiden etupuolen verhokäyrä toimii aallon etupäässä seuraavana hetkenä. Näin ollen, jos valo etenee ilman häiriöitä, jokaisella seuraavalla hetkellä aaltopinta on sama kuin edellisessä. Mutta säteen arvoinen on vastata esteeseen, sillä toinen tekijä tulee esiin: toisin kuin ympäristöissä, valo etenee eri nopeuksilla. Niinpä se fotoni, joka onnistui saavuttamaan toisen väliaineen ensin, leviää siinä nopeammin kuin viimeisestä fotonista palkista. Tällöin aallon etuosa taipuu. Polarisaation asteella ei ole mitään tekemistä sen kanssa, mutta ymmärtää tämä ilmiö kokonaisuudessaan on yksinkertaisesti välttämätöntä.

Prosessikausi

On syytä mainita erikseen, että kaikki nämä muutoksetesiintyy uskomattoman nopeasti. Valon nopeus tyhjiössä on kolmesataa tuhatta kilometriä sekunnissa. Jokainen väline heikentää valoa, mutta ei paljon. Aika, jona aallon etuosa on vääristynyt siirtymästä keskipitkästä toiseen (esimerkiksi ilmasta veteen), on äärimmäisen pieni. Ihmissilmä ei näe tätä, eikä paljon, mitä laitetta voi tallentaa tällaisia ​​lyhyitä prosesseja. Jotta ymmärtää ilmiö on puhtaasti teoreettinen. Nyt, täysin tietoisena siitä, mitä säteily on, lukija haluaa ymmärtää, miten löytää valon polarisaation aste? Emme pettäisi hänen odotuksiaan.

Valon polarisaatio

Olemme jo aiemmin maininneet, että eri materiaaleissa fotonitvalolla on eri nopeus. Koska valo on poikittainen sähkömagneettinen aalto (ei väliaineen kondensaatiota ja harvoinpitoa), sillä on kaksi pääominaisuutta:

• aalto-vektori;
• amplitudi (myös vektorin määrä).

Ensimmäinen ominaisuus osoittaa, missäkohdistuu valonsäde, syntyy polarisaatiovektori eli se, missä suuntaan sähkökentän voimakkuuden vektori on suunnattu. Tämä mahdollistaa pyörimisen aaltovektorin ympärillä. Luonnollinen valo, esimerkiksi auringon säteilyllä, ei ole polarisaatiota. Oscillations jakautuvat kaikkiin suuntiin yhtäläisellä todennäköisyydellä, ei ole valittua suuntaa tai kuvioa, jota pitkin aaltovektorin loppu värähtelee.

Polarisoidun valon tyypit

Ennen kuin opit polarisaation asteen laskemiseen ja laskelmien tekemiseen, kannattaa ymmärtää, millaisia ​​polarisoituja valoja on olemassa.

1. Elliptinen polarisaatio. Tällaisen valon aaltovektorin loppu kuvaa ellipsiä.
2. Lineaarinen polarisaatio. Tämä on ensimmäinen vaihtoehto. Kuten otsikosta näet, tässä tapauksessa kuva on yksi suunta.
3. Pyöreä polarisaatio. Toisella tavalla sitä kutsutaan myös pyöreiksi.

Luonnonvaloa voidaan esittää kutenkahden keskenään kohtisuoraan polarisoidun elementin summa. On muistettava, että kaksi kohtisuoraan polarisoitua aaltoa ei ole vuorovaikutuksessa. Heidän puuttuminen on mahdotonta, koska amplitudien vuorovaikutuksen näkökulmasta he eivät näytä olevan toistensa suhteen. Kun he kohtaavat, he yksinkertaisesti jatkavat muuttamatta.

Osittain polaroitu valo

Polarisaation vaikutus on valtava. Ohjaamalla kohde luonnonvaloon ja osittain polarisoiduksi, tutkijat voivat arvioida pinnan ominaisuuksia. Mutta kuinka määrittää osittain polaroituneen valon polarisaation aste?

On kaava NA. Umov:

P = (I_kaista-I_höyry) / (I_kaista+ I_höyry), jossa minä_kaista Onko valon voimakkuus kohtisuorassa polarisaattorin tai heijastavan pinnan tasoon nähden ja I_höyry - rinnakkain. P: n arvo voi ottaa arvot 0: sta (luonnolliselle valolle, ilman mitään polarisaatiota) arvoon 1 (taso-polarisoitua säteilyä varten).

Voiko luonnonvalo polarisoida?

Kysymys on ensi silmäyksellä outoa. Loppujen lopuksi säteily, jossa ei ole varattuja ohjeita, kutsutaan yleensä luonnolliseksi. Maanpinnan asukkaille tämä on kuitenkin lähestymistapa. Aurinko antaa sähkömagneettisille aalloille erilaisia ​​pituuksia. Tämä säteily ei ole polarisoitunut. Mutta läpi paksun ilmakehän kerros, säteily saa vähäpätöisen polarisaation. Joten luonnollisen valon polarisaation aste kokonaisuutena ei ole yhtä kuin nolla. Mutta suuruus on niin pieni, että se usein laiminlyödään. Se otetaan huomioon vain tarkkojen tähtitieteellisten laskelmien tapauksessa, joissa pienin virhe voi lisätä tähtiä vuosien tai etäisyytemme järjestelmäänmme.

Miksi valo polaroituu?

Edellä sanomme usein erilaisissa ympäristöissäfotonit toimivat eri tavoin. Mutta he eivät mainitse, miksi. Vastaus riippuu siitä millaisesta ympäristöstä me puhumme, toisin sanoen missä tilassa se on.

1. Väliaine on kiteinen runko tiukastijaksollinen rakenne. Yleensä tällaisen aineen rakenne esitetään ristikkona, jossa on kiinteitä palloja ioneja. Mutta yleensä tämä ei ole täysin tarkka. Tällainen lähentäminen on usein perusteltua, mutta ei kiteen ja sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutustapauksessa. Itse asiassa jokainen ioni värähtelee lähellä tasapainotilaa, ei kaaosta, mutta sen mukaan, mitä sen naapurit ovat, millä etäisyyksillä on ja kuinka monta niistä. Koska kaikki nämä värähtelyt on tiukasti ohjelmoitu jäykällä väliaineella, niin tämä ioni emittoi emittoidun absorboituneen fotonin vain tarkasti määritellyssä muodossa. Tämä tosiasiallinen aiheuttaa toisen: mikä on polaaroitava nouseva fotoni, riippuu siitä, mihin suuntaan se tuli kiteeseen. Tätä kutsutaan ominaisuuksien anisotropiksi.
2. Väliaine on nestemäinen. Tässä vastaus on monimutkaisempi, koska on olemassa kaksi tekijää: molekyylien monimutkaisuus ja tiheyden vaihtelut (kondensoitumisen ja laimentamisen). Itse asiassa monimutkaisilla pitkillä orgaanisilla molekyyleillä on selvä rakenne. Jopa kaikkein yksinkertaisimmat rikkihapon molekyylit eivät ole kaoottinen pallomainen nippu, vaan hyvin erityinen ristiinmuotoinen muoto. Toinen asia on, että kaikki heistä normaaleissa olosuhteissa sijaitsevat kaaosisesti. Toinen tekijä (vaihtelu) kykenee kuitenkin luomaan olosuhteet, joissa pieni määrä molekyylejä muodostuu pienessä tilavuudessa, joka muistuttaa ajallista rakennetta. Tällöin joko kaikki molekyylit ovat samansuuntaisia ​​tai sijaitsevat suhteessa toisiinsa tietyissä kulmissa. Jos valo tällä hetkellä kulkee tällaisen nesteen osan läpi, se saa osittaisen polarisaation. Näin ollen johtopäätös on, että lämpötila vaikuttaa voimakkaasti nesteen polarisaatioon: mitä korkeampi lämpötila, sitä vakavampi turbulenssi, ja mitä enemmän tällaisia ​​osia muodostuu. Viimeinen johtopäätös johtuu itseorganisoitumisesta.
3. Väliaine on kaasu. Homogeenisen kaasun tapauksessa polarisaatio tapahtuu vaihtelun vuoksi. Siksi auringon luonnollinen valo, joka kulkee ilmakehän läpi, saa pienen polarisaation. Ja siksi taivaan väri on sinistä: pakattujen elementtien keskikoko on sellainen, että sinisen ja violetin värin sähkömagneettinen säteily hajoaa. Mutta jos käsittelemme kaasuseosta, on paljon vaikeampaa laskea polarisaation astetta. Nämä ongelmat ratkaistaan ​​usein tähtitieteilijöillä, jotka tutkivat tähdettä, joka kulkee tiheän molekyylisen kaasupilven läpi. Siksi on niin vaikeaa ja mielenkiintoista tutkia kaukaisia ​​galaksioita ja klustereita. Mutta tähtitieteilijät selviytyvät ja antavat hämmästyttäviä kuvia ihmisille.
</ ol </ p>