Polarized dan alami cahaya. terpolarisasi cahaya tidak seperti alami

Gelombang dari dua jenis. The gangguan getaran memanjang sejajar dengan arah mereka propagasi. Contohnya adalah bagian dari suara di udara. gelombang transversal terdiri dari gangguan yang pada sudut 90 ° ke arah gerakan. Sebagai contoh, gelombang melewati horizontal melalui massa air menyebabkan getaran vertikal di permukaannya.

Penemuan

Sejumlah efek optik misterius diamati dalam pertengahan abad XVII, telah dijelaskan, ketika cahaya terpolarisasi dan alami mulai dianggap sebagai fenomena gelombang dan arah getaran yang ditemukan. Pertama disebut efek polarisasi ditemukan oleh dokter Denmark Erasmus Bartholin pada 1669. Ilmiah diamati pembiasan ganda atau birefringence di (bentuk kristal kalsium karbonat) Islandia spar atau kalsium. Ketika cahaya melewati kristal kalsit perpecahan itu, menghasilkan dua gambar dialihkan relatif satu sama lain.

Newton tahu tentang fenomena ini dan menunjukkan bahwa sel-sel mungkin cahaya memiliki asimetri atau "satu sisi", yang bisa menjadi penyebab terbentuknya dua gambar. Huygens, seorang kontemporer dari Newton mampu menjelaskan teorinya tentang pembiasan ganda gelombang SD, tapi dia tidak mengerti arti sebenarnya dari efek. Birefringence tetap menjadi misteri sampai Thomas Young dan fisikawan Perancis Augustin-Zhan Frenel tidak menyarankan bahwa gelombang cahaya yang transversal. Sebuah ide sederhana telah memungkinkan untuk menjelaskan apa yang terpolarisasi dan alami cahaya. Ini memberikan kerangka alami dan tidak rumit untuk menganalisis efek polarisasi.

birefringence ini disebabkan oleh kombinasi dari dua polarisasi ortogonal, masing-masing memiliki kecepatan gelombang nya. Karena perbedaan kecepatan dari dua komponen memiliki indeks bias yang berbeda, dan karena itu mereka berbeda dibiaskan melalui materi, menghasilkan dua gambar.

Polarized dan alami cahaya: teori Maxwell

Fresnel cepat mengembangkan model komprehensif gelombang transversal, yang menyebabkan birefringence dan sejumlah efek optik lainnya. Empat puluh tahun kemudian, elektromagnetik teori Maxwell elegan menjelaskan sifat melintang cahaya.

gelombang elektromagnetik Maxwell terdiri dari medan magnet dan listrik tegak lurus dengan arah berosilasi gerakan. Bidang yang pada sudut 90 ° satu sama lain. Dalam hal ini arah propagasi dari medan magnet dan listrik membentuk sistem tangan kanan berkoordinasi. Untuk gelombang dengan frekuensi f dan panjang λ (mereka berhubungan ketergantungan λf = c), yang bergerak dalam arah x positif, bidang dijelaskan secara matematis:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ - 2 π ft) y ^;
• B (x, t) = B ₀ cos (2 π x / λ - 2 π ft) z ^.

Persamaan menunjukkan bahwa medan listrik dan magnet berada di fase satu sama lain. Pada waktu tertentu, mereka secara bersamaan mencapai nilai maksimum mereka dalam ruang yang sama dengan E ₀ dan B _0. amplitudo ini tidak independen. persamaan Maxwell mengungkapkan bahwa E ₀ = CB ₀ untuk semua gelombang elektromagnetik dalam vakum.

arah polarisasi

Dalam deskripsi orientasi medan magnet dan listrik dari gelombang cahaya yang biasanya hanya menunjukkan arah medan listrik. Vektor medan magnet ditentukan oleh kebutuhan bidang tegak lurus dan tegak lurus mereka ke arah gerakan. cahaya alami dan linear terpolarisasi dicirikan bahwa di berosilasi bidang lalu di arah tetap sebagai gerakan gelombang.

Ada negara polarisasi mungkin lainnya. Dalam kasus vektor melingkar dari medan magnet dan listrik relatif diputar ke arah propagasi pada amplitudo konstan. cahaya eliptik terpolarisasi dalam posisi menengah antara linear dan polarisasi sirkular.

cahaya tak terpolarisasi

Atom pada permukaan filamen dipanaskan, yang menghasilkan radiasi elektromagnetik, yang, secara independen satu sama lain. Setiap radiasi dapat sekitar dimodelkan sebagai kereta durasi pendek dari 10 ^-9 sampai 10 ^-8 detik. gelombang elektromagnetik dari filamen, adalah superposisi dari kereta ini, masing-masing memiliki arah polarisasi sendiri. Jumlah berorientasi secara acak melatih bentuk vektor polarisasi gelombang yang bervariasi dengan cepat dan tak menentu. Gelombang seperti ini disebut tak terpolarisasi. Semua sumber-sumber alam cahaya, termasuk Sun, lampu pijar, lampu neon dan api, menghasilkan radiasi tersebut. Namun, cahaya alami sering sebagian terpolarisasi karena beberapa hamburan dan refleksi.

Dengan demikian, perbedaan dari cahaya terpolarisasi alami terdiri dalam kenyataan bahwa dalam osilasi pertama terjadi pada pesawat.

Sumber radiasi terpolarisasi

cahaya terpolarisasi dapat diproduksi ketika orientasi spasial ditentukan. Salah satu contoh adalah radiasi sinkrotron, di mana energi tinggi partikel bermuatan bergerak dalam medan magnet dan memancarkan gelombang elektromagnetik terpolarisasi. Ada banyak sumber astronomi terkenal yang memancarkan cahaya alami terpolarisasi. Ini termasuk nebula, sisa-sisa supernova, dan inti galaksi aktif. polarisasi radiasi kosmik dipelajari untuk menentukan sifat-sifat sumbernya.

polaroid Filter

cahaya terpolarisasi dan alami dipisahkan dengan melewati sejumlah bahan, yang paling umum dari yang Polaroid, yang diciptakan oleh fisikawan Amerika Edwin Land. Filter ini terdiri dari rantai panjang molekul hidrokarbon yang berorientasi dalam satu arah oleh proses perlakuan panas. Molekul untuk selektif menyerap radiasi, medan listrik sejajar dengan orientasi mereka. Lampu meninggalkan polarizer yang terpolarisasi linear. medan listrik yang tegak lurus terhadap arah orientasi molekul. Polaroid telah menemukan aplikasi di berbagai bidang, termasuk kacamata hitam dan filter yang mengurangi efek cahaya yang dipantulkan dan tersebar.

Alam dan terpolarisasi cahaya: hukum Malus

Pada 1808, fisikawan Etienne Louis Malus menemukan bahwa cahaya yang dipantulkan dari permukaan non-logam, sebagian terpolarisasi. Tingkat efek ini tergantung pada sudut datang dan indeks bias bahan reflektif. Dalam salah satu kasus ekstrim saat tangen dari sudut insiden di udara sama dengan indeks bias bahan reflektif, cahaya yang dipantulkan menjadi terpolarisasi sepenuhnya linear. Fenomena ini dikenal sebagai hukum Brewster (dinamai penemunya, fisikawan Skotlandia David Brewster). Arah polarisasi sejajar dengan permukaan mencerminkan. Sejak silau neon biasanya terjadi setelah refleksi dari permukaan horisontal seperti jalan dan filter air yang umum digunakan dalam kacamata untuk tetap cahaya terpolarisasi horizontal dan karena itu selektif menghapus refleksi cahaya.

Rayleigh hamburan

Hamburan cahaya oleh objek yang sangat kecil yang dimensinya jauh lebih kecil dari panjang gelombang (disebut hamburan Rayleigh setelah ilmuwan Inggris Lord Rayleigh), juga menciptakan polarisasi parsial. Ketika sinar matahari melewati atmosfer bumi, itu tersebar oleh molekul udara. Bumi dan mencapai tersebar cahaya alami terpolarisasi. Tingkat polarisasi tergantung pada sudut hamburan. Karena manusia tidak membedakan antara cahaya alami dan terpolarisasi, efek ini biasanya terjadi tanpa disadari. Namun demikian, mata banyak serangga bereaksi, dan mereka menggunakan polarisasi relatif dari radiasi tersebar sebagai alat navigasi. kamera filter normal yang digunakan untuk mengurangi radiasi latar belakang di bawah sinar matahari cerah, adalah polarizer linear sederhana, yang memisahkan cahaya terpolarisasi dan Rayleigh alami.

bahan anisotropik

efek polarisasi yang diamati dalam bahan optik anisotropik (di mana indeks bias bervariasi dengan arah polarisasi), seperti kristal birefringent, beberapa struktur biologis dan bahan optik aktif. aplikasi teknologi termasuk mikroskop polarisasi, liquid crystal display dan instrumen optik yang digunakan untuk bahan penelitian.