Der Polarisationsgrad von teilweise polarisiertem Licht: Definition, Beschreibung und Formel

Heute werden wir das Wesen der Wellennatur des Lichtes und das damit verbundene Phänomen "Grad der Polarisation" enthüllen.

Fähigkeit zu sehen und zu leuchten

Die Natur des Lichts und die damit verbundene Fähigkeitsieht unruhige die Köpfe der Menschen für eine lange Zeit. Die alten Griechen und versucht, die Vision zu erklären, vorgeschlagen: entweder das Auge einige „Strahlen“ aussendet, dass „tastend“ Objekte umgibt und dadurch die Person ihrer Gestalt und Form informieren, oder die Dinge selbst etwas ausstrahlen, die die Menschen und Richter erfassen, wie Dinge funktionieren . Die Theorien waren weit von der Wahrheit: die Lebewesen sehen durch reflektiertes Licht. Aus dieser Erkenntnis auf die Fähigkeit, um herauszufinden, was der Grad der Polarisierung ist, blieb er einen Schritt - zu verstehen, dass Licht eine Welle ist.

Licht ist eine Welle

Bei der ausführlicheren Studie des Lichtes wurde herausgefunden: In Abwesenheit von Störungen breitet es sich in einer geraden Linie aus und schaltet nirgends ab. Wenn ein undurchsichtiges Hindernis im Weg des Strahls entsteht, dann bilden sich Schatten, und wo das Licht selbst verschwindet, waren die Menschen nicht interessiert. Aber sobald die Strahlung mit einer transparenten Umgebung kollidierte, geschahen erstaunliche Dinge: Der Strahl änderte die Ausbreitungsrichtung und wurde abgeblendet. Im Jahr 1678 schlug H. Huygens vor, dass dies durch die einzige Tatsache erklärt werden kann: Licht ist eine Welle. Der Wissenschaftler formte das Huygens-Prinzip, das später durch Fresnel ergänzt wurde. Dank dem, was heute Leute wissen, wie man den Polarisationsgrad bestimmt.

Das Huygens-Fresnel-Prinzip

Nach diesem Prinzip kann jeder Punkt des Mediums bis zudas ist die Vorderseite der Welle, ist eine sekundäre Quelle von kohärenter Strahlung, und die Hülle aller Fronten dieser Punkte wirkt als Wellenfront zum nächsten Zeitpunkt. Wenn sich das Licht ohne Interferenz fortpflanzt, ist die Wellenfront in jedem nächsten Moment die gleiche wie in der vorherigen. Aber es lohnt sich, dem Hindernis zu begegnen, da ein anderer Faktor ins Spiel kommt: In unähnlichen Umgebungen breitet sich Licht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus. Somit wird sich dieses Photon, das zuerst das andere Medium erreicht hat, schneller darin ausbreiten als das letzte Photon aus dem Strahl. Folglich wird sich die Vorderseite der Welle verbiegen. Der Grad der Polarisation hat hier nichts damit zu tun, aber dieses Phänomen vollständig zu verstehen, ist einfach notwendig.

Prozesszeit

Es ist erwähnenswert, dass alle diese Änderungen separat erwähnt werdengeschieht unglaublich schnell. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist dreihunderttausend Kilometer pro Sekunde. Jedes Medium langsam Licht, aber nicht viel. Zeit, für die die Wellenfront verzerrt wird, wenn von einem Medium zum anderen verläuft (z.B. von Luft zu Wasser), ist äußerst gering. Das menschliche Auge kann dies nicht bemerkt, und ein kleines Gerät in der Lage, einen solchen kurzen Prozess zu erfassen. So zu verstehen, das Phänomen theoretisch sollte. Nun ist, voll und ganz bewusst, dass eine solche Strahlung, der Leser verstehen will, wie der Grad der Polarisation des Lichts zu finden? Lassen Sie uns die Erwartungen nicht täuschen.

Polarisation von Licht

Wir haben oben bereits erwähnt, dass in verschiedenen Medien die PhotonenLicht hat eine andere Geschwindigkeit. Da Licht eine transversale elektromagnetische Welle ist (keine Kondensation und Verdünnung des Mediums), hat es zwei Hauptmerkmale:

• Wellenvektor;
• Amplitude (auch eine Vektormenge).

Die erste Charakteristik zeigt an, woein Lichtstrahl wird gerichtet, es entsteht ein Polarisationsvektor, dh in welche Richtung der Vektor der elektrischen Feldstärke gerichtet ist. Dies ermöglicht eine Rotation um den Wellenvektor. Das natürliche Licht, das beispielsweise von der Sonne ausgestrahlt wird, hat keine Polarisation. Schwingungen sind in allen Richtungen mit gleicher Wahrscheinlichkeit verteilt, es gibt keine gewählte Richtung oder Figur, entlang der das Ende des Wellenvektors oszilliert.

Arten von polarisiertem Licht

Bevor Sie lernen, die Formel für den Grad der Polarisation zu berechnen und Berechnungen durchzuführen, lohnt es sich zu verstehen, welche Arten von polarisiertem Licht es gibt.

1. Elliptische Polarisation. Das Ende des Wellenvektors eines solchen Lichts beschreibt eine Ellipse.
2. Lineare Polarisation. Dies ist ein Spezialfall der ersten Option. Wie Sie aus dem Titel sehen können, ist das Bild in diesem Fall eine Richtung.
3. Zirkulare Polarisation. Auf eine andere Art wird es auch kreisförmig genannt.

Jedes natürliche Licht kann als dargestellt werdendie Summe von zwei zueinander senkrecht polarisierten Elementen. Es sollte daran erinnert werden, dass zwei senkrecht polarisierte Wellen nicht interagieren. Ihre Interferenz ist unmöglich, da sie aus der Sicht der Wechselwirkung der Amplituden nicht füreinander zu existieren scheinen. Wenn sie sich treffen, machen sie einfach weiter, ohne sich zu verändern.

Teilweise polarisiertes Licht

Die Anwendung des Polarisationseffekts ist enorm. Indem sie das Objekt auf natürliches Licht richten und teilweise polarisiert werden, können Wissenschaftler die Eigenschaften der Oberfläche beurteilen. Aber wie lässt sich der Polarisationsgrad von teilweise polarisiertem Licht bestimmen?

Es gibt eine Formel NA. Umova:

P = (I_Barsch-Ich_Dampf) / (I_Barsch+ Ich_Dampf), wo ich_Barsch Ist die Intensität des Lichts in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Polarisators oder der reflektierenden Oberfläche, und ich_Dampf - Parallel. Der Wert von P kann Werte von 0 (für natürliches Licht, ohne jegliche Polarisation) bis 1 (für planpolarisierte Strahlung) annehmen.

Kann natürliches Licht polarisiert werden?

Die Frage ist auf den ersten Blick seltsam. Schließlich wird Strahlung, in der es keine zugewiesenen Richtungen gibt, normalerweise natürlich genannt. Für die Bewohner der Erdoberfläche ist dies jedoch in gewissem Sinne eine Annäherung. Die Sonne gibt einen Strom von elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Länge. Diese Strahlung ist nicht polarisiert. Durch eine dicke Schicht der Atmosphäre gelangt die Strahlung jedoch zu einer vernachlässigbaren Polarisation. Der Grad der Polarisation des natürlichen Lichts als Ganzes ist also nicht gleich Null. Aber die Größenordnung ist so gering, dass sie oft vernachlässigt wird. Es wird nur bei genauen astronomischen Berechnungen berücksichtigt, bei denen der geringste Fehler zum Stern der Jahre oder Entfernung zu unserem System beitragen kann.

Warum polarisiert Licht?

Oben haben wir das oft in unähnlichen Umgebungen gesagtPhotonen verhalten sich anders. Aber warum? Die Antwort hängt davon ab, um welche Art von Umgebung es sich handelt, mit anderen Worten, in welchem ​​Zustand es ist.

1. Das Medium ist ein kristalliner Körper mit strengperiodische Struktur. Normalerweise wird die Struktur einer solchen Substanz als ein Gitter mit festen Kugeln-Ionen dargestellt. Aber im Allgemeinen ist das nicht ganz korrekt. Eine solche Approximation ist oft gerechtfertigt, aber nicht im Fall der Wechselwirkung eines Kristalls und elektromagnetischer Strahlung. Tatsächlich oszilliert jedes Ion in der Nähe seiner Gleichgewichtsposition, nicht chaotisch, sondern in Übereinstimmung mit dem, was seine Nachbarn sind, in welchen Entfernungen und wie viele davon sich befinden. Da alle diese Schwingungen streng durch ein starres Medium programmiert sind, wird das emittierte absorbierte Photon von diesem Ion nur in einer streng definierten Form emittiert. Diese Tatsache führt zu einer anderen: Was wird die Polarisation des entstehenden Photons sein, hängt von der Richtung ab, in der es in den Kristall eingetreten ist. Dies wird Anisotropie der Eigenschaften genannt.
2. Das Medium ist flüssig. Hier ist die Antwort komplizierter, da es zwei Faktoren gibt - die Komplexität der Moleküle und die Fluktuationen (Kondensationsverdünnung) der Dichte. An sich haben komplexe lange organische Moleküle eine bestimmte Struktur. Selbst die einfachsten Schwefelsäuremoleküle sind kein chaotisches Kugelbündel, sondern eine sehr spezifische Kreuzform. Eine andere Sache ist, dass sie alle unter normalen Bedingungen chaotisch sind. Der zweite Faktor (Fluktuation) ist jedoch in der Lage, Bedingungen zu schaffen, in denen sich eine kleine Anzahl von Molekülen in einem kleinen Volumen wie etwa einer zeitlichen Struktur bildet. In diesem Fall sind entweder alle Moleküle in einer Richtung gerichtet oder befinden sich relativ zueinander in bestimmten Winkeln. Wenn das Licht zu diesem Zeitpunkt einen solchen Teil der Flüssigkeit passiert, wird es eine teilweise Polarisation erhalten. Daher ist die Schlussfolgerung, dass die Temperatur die Polarisation der Flüssigkeit stark beeinflusst: je höher die Temperatur ist, desto schwerwiegender sind die Turbulenzen und desto mehr solcher Abschnitte werden gebildet. Die letzte Schlussfolgerung ist auf die Theorie der Selbstorganisation zurückzuführen.
3. Das Medium ist Gas. Bei einem homogenen Gas tritt die Polarisation aufgrund von Schwankungen auf. Deshalb nimmt das natürliche Licht der Sonne, das durch die Atmosphäre geht, eine kleine Polarisierung an. Und deshalb ist die Farbe des Himmels blau: Die durchschnittliche Größe der gepackten Elemente ist derart, dass die elektromagnetische Strahlung der blauen und violetten Farben dissipiert wird. Aber wenn es sich um eine Gasmischung handelt, ist es viel schwieriger, den Grad der Polarisation zu berechnen. Diese Probleme werden oft von Astronomen gelöst, die das Licht eines Sterns untersuchen, der durch eine dichte molekulare Gaswolke hindurchgeht. Daher ist es so schwierig und interessant, entfernte Galaxien und Cluster zu untersuchen. Aber Astronomen schaffen es und geben den Menschen erstaunliche Bilder des Weltraums.
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