WAT IS GEPOLARISEERD LICHT? - FYSIEK - 2025

Het gepolariseerde licht is elektromagnetische straling die trilt in een vlak loodrecht op de voortplantingsrichting. De trilling in een vlak betekent dat de elektrische veldvector van de lichtgolf parallel oscilleert aan een ruimte van twee rechthoekige componenten, zoals het geval is bij het xy polarisatievlak.

Natuurlijk of kunstlicht is een golftrein van elektromagnetische straling waarvan de elektrische velden willekeurig oscilleren in alle vlakken loodrecht op de voortplantingsrichting. Wanneer slechts een deel van de straling beperkt is tot oscilleren in een enkel vlak, wordt gezegd dat het licht gepolariseerd is.

Verticaal gepolariseerde lichtgolf in een vlak terwijl niet-gepolariseerde lichtgolven een polarisatierooster treffen. Door Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Een manier om gepolariseerd licht te verkrijgen, is door een lichtstraal op een polarisatiefilter te laten vallen, dat bestaat uit een polymeerstructuur die in één richting is georiënteerd, waardoor alleen golven die in hetzelfde vlak oscilleren doorlaten terwijl de rest van de golven wordt geabsorbeerd. .

De lichtstraal die door het filter gaat, heeft een lagere intensiteit dan de invallende straal. Deze functie is een manier om onderscheid te maken tussen gepolariseerd licht en niet-gepolariseerd licht. Het menselijk oog heeft niet het vermogen om onderscheid te maken tussen het ene en het andere.

Licht kan lineair, cirkelvormig of elliptisch gepolariseerd zijn, afhankelijk van de richting van de golfvoortplanting. Ook kan gepolariseerd licht worden verkregen door fysische processen zoals reflectie, breking, diffractie en dubbele breking.

Lineair gepolariseerd licht

Wanneer het elektrische veld van de lichtgolf constant oscilleert en een rechte lijn beschrijft in het vlak loodrecht op de voortplanting, wordt gezegd dat het licht lineair gepolariseerd is. In deze polarisatietoestand zijn de fasen van de twee componenten van het elektrische veld hetzelfde.

Als twee golven, lineair gepolariseerd, die in vlakken loodrecht op elkaar trillen, over elkaar heen worden gelegd, wordt een andere lineair gepolariseerde golf verkregen. De verkregen lichtgolf zal in fase zijn met de vorige. Twee golven zijn in fase wanneer ze in dezelfde tijd dezelfde verplaatsing vertonen.

Lineaire, circulaire en elliptische polarisatie. Door Inductiveload. (https://commons.wikimedia.org)

Circulair gepolariseerd licht

De lichtgolf waarvan de elektrische veldvector cirkelvormig oscilleert in hetzelfde vlak loodrecht op de voortplanting, is circulair gepolariseerd. In deze polarisatietoestand blijft de grootte van het elektrische veld constant. De oriëntatie van het elektrische veld is met de klok mee of tegen de klok in.

Het elektrische veld van gepolariseerd licht beschrijft cirkelvormige paden met een constante hoekfrequentie ω.

Twee lineair gepolariseerde lichtgolven die loodrecht op elkaar zijn geplaatst, met een faseverschil van 90 °, vormen een circulair gepolariseerde lichtgolf.

Elliptisch gepolariseerd licht

In deze polarisatietoestand beschrijft het elektrische veld van de lichtgolf een ellips in het gehele vlak loodrecht op de voortplanting en is met de klok mee of tegen de klok in gedraaid.

De superpositie van twee loodrecht op elkaar staande lichtgolven, de ene met lineaire polarisatie en de andere met circulaire polarisatie, en met een faseverschuiving van 90 °, resulteert in een lichtgolf met elliptische polarisatie. De gepolariseerde lichtgolf is vergelijkbaar met het geval van circulaire polarisatie, maar de grootte van het elektrische veld varieert.

Reflectie gepolariseerd licht

Reflectie-gepolariseerd licht werd ontdekt door Malus in 1808. Malus merkte op dat wanneer een straal van niet-gepolariseerd licht een goed gepolijste, transparante glasplaat raakt, een deel van het licht wordt gebroken wanneer het door de plaat gaat en het andere deel wordt gereflecteerd, een hoek van 90 ° tussen de gebroken straal en de gereflecteerde straal.

De gereflecteerde lichtbundel wordt lineair gepolariseerd door te oscilleren in een vlak loodrecht op de voortplantingsrichting en de polarisatiegraad hangt af van de invalshoek.

De invalshoek waarmee de gereflecteerde lichtstraal volledig gepolariseerd is, wordt de Brewster-hoek (θ _B ) genoemd

Breking gepolariseerd licht

Als een niet-gepolariseerde lichtstraal met een Brewster-hoek (θ _B ) op een stapel glasplaten valt, worden sommige trillingen loodrecht op het invalsvlak door elk van de platen gereflecteerd en de rest van de trillingen gebroken.

Het netto resultaat is dat alle gereflecteerde bundels in hetzelfde vlak gepolariseerd zijn, terwijl de gebroken bundels gedeeltelijk gepolariseerd zijn.

Hoe groter het aantal oppervlakken, de gebroken straal zal meer en meer oscillaties loodrecht op het vlak verliezen. Uiteindelijk zal het doorgelaten licht lineair gepolariseerd zijn in hetzelfde invalsvlak als het niet-gepolariseerde licht.

Verstrooiing van gepolariseerd licht

Het licht dat valt op kleine deeltjes die in een medium zweven, wordt geabsorbeerd door de atomaire structuur. Het elektrische veld dat in de atomen en moleculen wordt geïnduceerd, heeft trillingen die parallel lopen aan het trillingsvlak van het invallende licht.

Evenzo staat het elektrische veld loodrecht op de voortplantingsrichting. Tijdens dit proces zenden de atomen fotonen van licht uit die in alle mogelijke richtingen worden afgebogen.

De uitgezonden fotonen vormen een reeks lichtgolven die door de deeltjes worden verstrooid. Het gedeelte van het verstrooide licht loodrecht op de invallende lichtbundel is lineair gepolariseerd. Het andere deel van het licht dat in de parallelle richting wordt verstrooid, is niet gepolariseerd, de rest van het door de deeltjes verstrooide licht is gedeeltelijk gepolariseerd.

De verstrooiing van deeltjes met een grootte vergelijkbaar met de golflengte van het invallende licht wordt Rayleigh-verstrooiing genoemd. Dit type verstrooiing maakt het mogelijk om de blauwe kleur van de lucht of de rode kleur van de zonsondergang te verklaren.

Rayleigh-verstrooiing heeft een afhankelijkheid die omgekeerd evenredig is met de vierde macht van de golflengte (1 / λ ⁴ ).

Dubbelbrekend gepolariseerd licht

Dubbele breking is een karakteristieke eigenschap van sommige materialen, zoals calciet en kwarts, die twee brekingsindices hebben. Dubbelbrekend gepolariseerd licht wordt verkregen wanneer een lichtstraal op een dubbelbrekend materiaal valt en zich scheidt in een gereflecteerde straal en twee gebroken stralen.

Van de twee gebroken stralen wijkt de ene meer af dan de andere, oscilleert loodrecht op het invalsvlak, terwijl de andere parallel oscilleert. Beide stralen komen uit het materiaal met lineaire polarisatie naar het invalsvlak.

Referenties

1. Goldstein, D. Gepolariseerd licht. New York: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA en White, H E. Fundamentals of Optics. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A en Teich, M C. Fundamentals of photonics. Canada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. Modern Optics. Canada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF en Huffman, D R. Absorptie en verstrooiing van licht door kleine deeltjes. Canada: Jhon Wiley & Sons, 1998.