Представляя собой одну из разновидностей электромагнитного излучения, свет может характеризоваться источником и определенной направленностью. Помимо этого, не стоит забывать о его двойственности. Так, в первом случае он будет считаться волной, а во втором – частицей (фотоном).
Рисунок 1. Поляризация света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Поляризация света является одним из свойств какого-либо излучения в рамках оптического диапазона. В условиях такого явления, как поляризация, колебания частиц светового луча, которые направлены на поперечную поверхность, будут осуществляться в одинаковой плоскости. При этом отсекаются иные составляющие.
Понятие поляризации света
Понять суть поляризации света будет легче на конкретных примерах. Так, можно представить очень длинную, расположенную между двумя горизонтальными точками веревку, проходящую в пластине-щите сквозь щель.
Если взять теперь веревку за один конец и сформировать волны, они легко достигнут ее другого конца (но только в том случае, если образуются в одной плоскости со щелью в щите), то есть вертикальным способом. Попытка двигать веревку вертикальным способом закончится гашением волн при достижении щита (из-за невозможности протиснуться поперек щели). Таким образом, в данном примере веревка выступает в роли электромагнитного излучения, щит становится прозрачной (полупрозрачной) средой, а щель – специфичным свойством среды.
Поскольку свет представляет собой электромагнитную волну, она будет зависимой от двух типов векторов напряженности: электрического и магнитного. Они, в свою очередь, обладают свойством постоянной перпендикулярности по отношению друг к другу и могут формировать условную плоскость перпендикулярно линии распространения самой волны.
Круговая поляризация света возникает в случае вращения векторов магнитной индукции и электрического поля относительно направления луча света. В случае колебаний вектора напряженности такого поля в одинаковой плоскости, формируется плоско поляризованная электромагнитная волна (линейно-поляризованная).
Интересно, что излучение атомами одного-единственного светового кванта света будет всегда поляризовано. Наряду с тем, световой поток свечи, лампочки, Солнца, фонаря и пр. окажется неполяризованным, что объясняется излучением от множества атомов, имеющих различную поляризацию. Это лишает суммарный поток ориентированности.
Поляризация света существенно зависит от особенностей вещества или местоположения атомов в его кристаллической решетке. Первые опыты проводились учеными с задействованием кристаллов, и только впоследствии объектом их внимания стали газообразные среды (атмосфера).
Поляризация света также зависит от местоположения наблюдателя (фотоэлемента, датчика и пр.). Это, в свою очередь, объясняет возрастание поляризации при увеличении угла между направлением света от источника и указывающим на направленность луча зрения вектором. В случае факта параллельности направлений мы наблюдаем уже отсутствие поляризации (при идеальных условиях). Также в природе зафиксирован третий вариант (имеется в виду частичная поляризация светового потока).
Подобная конфигурация возникает в случае преобладающего эффекта колебаний электрического поля (магнитной индукции) их векторов. Интересным фактом является то, что человеческий глаз легко различает длину волн (цветовой аспект света) и ее интенсивность, а вот сама регистрация поляризации при этом доступна косвенно. Наряду с тем, большинство насекомых, имеющих фасеточные глаза, способны прекрасно различать поляризацию волны, что, в свою очередь, помогает им отлично ориентироваться в пространстве.
Явление поляризации света в природе
Поляризованный свет является световыми волнами, чьи электромагнитные колебания способны распространяться исключительно в одном направлении. В природе различают только три вида поляризации:
- линейную (плоскостную);
- круговую;
- эллиптическую.
При линейно поляризованном свете электрические колебания будут производиться исключительно в одном направлении. Он появляется при отражении, от листа стекла, например, или от поверхности воды. Также известны примеры с прохождением света через определенные виды кристаллов (турмалин, кварц).
Поляризация света, таким образом, превращается в процесс упорядочивания колебаний вектора напряжённости электрополя световой волны в условиях прохождения светового потока сквозь некоторые вещества (преломление или отражение светового луча). Плоскость поляризации, в таком случае, будет представлять собой плоскость, которая проходит сквозь направление колебаний вектора света плоскополяризованной волны и ее распространения.
Излучаемый атомом квант света будет поляризован всегда. При этом, излучение макроскопического источника света, такого как Солнце, электрическая лампа или свеча, окажется суммой излучений огромного количества атомов, каждый из которых будет излучать квант приблизительно за 10-8 секунды. В таком случае, при излучении всеми атомами света с не одинаковой поляризацией, поляризация всего пучка будет подвергаться изменениям на протяжении аналогичных временных промежутков.
По этой причине, в рамках естественного света, абсолютно все связанные с поляризацией эффекты усредняются, поэтому он называется неполяризованным.
С целью выделения из неполяризованного света части, имеющей желаемую поляризацию, применяются поляризаторы, например, такие, как, турмалин, исландский шпат или поляризаторы искусственного типа.
Также в физике существует такое понятие, как поляризационный свет. Он получается следующими способами:
- за счет отражения от диэлектриков, степень поляризации при этом будет зависеть от показателя преломления и угла падения лучей;
- посредством пропускания света через анизотропную среду.
Все прозрачные кристаллы (исключая оптически изотропные кристаллы кубической системы) обладают свойством двойного лучепреломления, иными словами, - могут раздваиваться в отношении каждого светового пучка, падающего на них. Так, при направлении на толстый кристалл исландского шпата узкого пучка света, из кристалла выйдут два параллельных и пространственно разделенных луча.
Применение поляризационного света
Лучше понять суть и принцип действия поляризации света в природе помогут конкретные примеры применения поляризационного света:
- В молекулярной физике (при исследовании поверхности и структуры вещества, а также, при изучении явления поляризации молекул веществ). Вращение плоскости поляризации представляет основу методов сахариметрии (для определения степени концентрации растворов).
- В геологии (при исследовании в поляризованном свете различных минералов и изделий, геологи способны различать: изделия и минералы, природное и искусственное происхождения, поддельные и настоящие изделия).
- В фотографии (выполняя репродукции картин в застекленных рамах, фотографы могут легко ликвидировать блики от стекла за счет надетого на объектив поляризованного фильтра).
- В оптике (поляризованный бинокль помогает капитанам корабля вести судно в соответствии с правильным курсом, уничтожая при этом мешающие световые блики на морских волнах, зафиксированные при наблюдении). Поляризационные микроскопы, при изучении тончайших срезов минералов (шлифов) позволяют ученым определить структуру вещества. В стереокино применяются поляризационные очки, создающие иллюзию объемности.
- В технике (здесь наблюдается широкое применение поляризации света в случае необходимости плавного регулирования интенсивности светового пучка). Поляризация также применяется при создании жидкокристаллических дисплеев, задействованных во многих устройствах (например, в мониторах компьютеров, часах, таймерах).
- В астрономии (процесс спектрального разложения света может стать достоверным индикатором наличия жидкой воды, без которой невозможно формирование жизни земного типа). Вычисление угла поляризации позволяет максимально точно определить состав преломляющей свет жидкости.
Таким образом, можно говорить о разнообразии применения поляризации света в природе и о важности изучения основных понятий данного явления.
