ZJAWISKO POLARYZACJI ŚWIATŁA

Stron

a

1

Światło jest poprzeczną falą elektromagnetyczną o zakresie długości około 360nm - 800nm.

Kierunki drgań wektorów natężenia pola elektrycznego

i indukcji magnetycznej

są zawsze prostopadłe

do kierunku rozchodzenia się fali. Ponadto wektory

i

są wzajemnie prostopadłe. Światło emitowane

przez większość makroskopowych źródeł (np. Słońce, żarówki) jest mieszaniną fal, w których kierunki

drgań wektorów

są przypadkowe. Taką falę nazywamy niespolaryzowaną. Możemy jednak uporządkować

kierunki drgań natężenia pola elektrycznego. Oznacza to, że można uzyskać taki stan fali, w którym wektor

elektryczny drga w jednej ściśle określonej płaszczyźnie zwanej płaszczyzną polaryzacji. Wiązkę światła, w

której kierunki drgań wektora

są uporządkowane nazywamy światłem spolaryzowanym (falą

spolaryzowaną).

Sposoby polaryzacji światła:

a) Przejście światła przez polaryzator

Wiązka światła niespolaryzowanego po przejściu przez prostopadle do niej ustawiony polaryzator

liniowy stanie się wiązką liniowo spolaryzowaną. Natężenie przechodzącego światła będzie w tym

przypadku niezależne od położenia płaszczyzny polaryzacji polaryzatora.

Gdy będziemy obracać prostopadle do wiązki ustawiony polaryzator, natężenie wiązki przechodzącej będzie

się zmieniać od wartości maksymalnej do całkowitego wygaszenia.

b) Polaryzacja przez rozproszenie

Bardzo często w pogodny dzień spoglądamy na niebo podziwiając jego błękitny kolor i piękno

płynących po niebie białych obłoków. Spójrzmy jednak tym razem trochę inaczej – okiem fizyka przez

polaryzator pełniący funkcję analizatora. Gdy obracamy analizator widzimy zmieniającą się barwę i jasność

nieba, podczas gdy chmury pozostają jednakowo białe. Ilustrują to poniższe zdjęcia

ZJAWISKO POLARYZACJI ŚWIATŁA

Stron

a

2

Na zdjęciach: Widok nieba oglądanego przez analizator w dwóch położeniach: gdy płaszczyzna polaryzacji

analizatora jest równoległa (zdjęcie lewe) oraz prostopadła (zdjęcie prawe) do płaszczyzny polaryzacji

świata dochodzącego „z nieba”.

Wielkość tych zmian zależy od kierunku naszego patrzenia względem słońca. Najsilniejsze zmiany

zaobserwujemy, gdy będziemy patrzeć w kierunku prostopadłym do kierunku „ku słońcu”. Światło

słoneczne rozproszone w atmosferze jest światłem spolaryzowanym liniowo. Stopień polaryzacji rośnie, gdy

kąt obserwacji zbliża się do kata prostego. Dlatego też widziane zmiany jasności nieba oglądanego przez

obracany analizator są różne dla różnych kierunków obserwacji.

Na rysunku: Polaryzacja przez rozproszenie

ZJAWISKO POLARYZACJI ŚWIATŁA

Stron

a

3

c) Polaryzacja przez odbicie

Światło odbijając się od powierzchni dielektryka ulega polaryzacji liniowej w płaszczyźnie

prostopadłej do płaszczyzny padania. Stopień polaryzacji zależy do kąta padania. Kąt, dla którego następuje

całkowita polaryzacja promienia odbitego nazywamy katem Brewstera. Promień załamany (dla ciał

przezroczystych) jest tylko częściowo spolaryzowany. Wartość kąta Brewstera

związana jest ze

względnym współczynnikiem załamania ośrodka odbijającego względem otoczenia:

Światło pada z ośrodka 1 i załamuje się w (odbija się) ośrodku 2.

Przykład odbicia okna w lakierowanej, drewnianej podłodze. Podłoga oglądana gołym okiem (lewe

zdjęcie) oraz przez analizator (prawe zdjęcie), którego płaszczyzna polaryzacji ustawiona jest prostopadle

do płaszczyzny polaryzacji światła odbitego od podłogi (pod kątem zbliżonym do kąta Brewstera).

ZJAWISKO POLARYZACJI ŚWIATŁA

Stron

a

4

Rodzaje polaryzacji:

a) liniowa,

b) kołowa,

c) eliptyczna.

Źródła światła spolaryzowanego:

Klasyczne źródła światła emitują światło niespolaryzowane. Poszczególne atomy lub molekuły

ośrodka świecącego emitują fotony niezależnie i dlatego płaszczyzny ich polaryzacji są przypadkowe.

Wiązka światła jest wiązką fal o przypadkowym ustawieniu kierunku drgań. Inaczej jest w przypadku

laserów. Światło emitowane przez laser jest światłem spolaryzowanym. Możemy to sprawdzić kierując

wiązkę światła laserowego na ekran poprzez analizator ustawiony prostopadle do wiązki. Obracając

analizator w płaszczyźnie prostopadłej do wiązki zaobserwujemy zmianę jasności plamki świetlnej na

ekranie.

Zastosowanie światła spolaryzowanego:

a) polaryzacyjne okulary przeciwsłoneczne,

b) filtry polaryzacyjne stosowane w fotografii,

c) pasywny wyświetlacz LCD (np. kalkulatory),

d) aktywny wyświetlacz LCD (np. monitory komputerów, telefonów komórkowych),

e) system kinowy IMAX (ang. Image Maximum).

Niewykorzystane pomysły:

To niestety tylko propozycja E. Landa, założyciela firmy Polaroid, która nie została wprowadzona do

praktyki. Zaproponował on, aby szyby przednie oraz „szkła” reflektorów samochodowych wykonać z

polaryzatorów o płaszczyznach polaryzacji ustawionych pod kątem 45° do poziomu (jak na rys. poniżej).

ZJAWISKO POLARYZACJI ŚWIATŁA

Stron

a

5

Kierowca widziałby wtedy światło rozproszone (na tym, co jest przed samochodem) pochodzące z

reflektorów jego samochodu, płaszczyzna polaryzacji świata z reflektorów samochodów jadących z

przeciwka byłaby prostopadła do płaszczyzny polaryzacji szyby przedniej jego samochodu i światło to by go

nie oślepiało (zdjęcia poniżej).

Zdjęcia ilustrujące, jak wygląda nocą samochód jadący „z przeciwka”, zdjęcie lewe – widok obecny, zdjęcie

prawe – po zastosowaniu pomysłu E. Landa.