Tipi di polarizzazione della luce, esempi, applicazioni

IL Polarizzazione della luce È il fenomeno che si verifica quando l'onda elettromagnetica che costituisce una luce visibile oscilla in una direzione preferenziale. Un'onda elettromagnetica è composta da un'onda elettrica e un'onda magnetica, entrambe trasversali nella direzione di propagazione. L'oscillazione magnetica è simultanea e inseparabile dall'oscillazione elettrica e si verifica in direzioni reciprocamente ortogonali.

La luce che la maggior parte delle fonti luminose emettono, come il sole o un bulbo, è non polarizzata, il che significa che entrambi i componenti: elettrici e magnetici, oscillano in tutte le direzioni possibili, sebbene sempre perpendicolare alla direzione della propagazione. 

Ma quando c'è una direzione preferenziale o di oscillazione del componente elettrico, si parla di un'onda elettromagnetica polarizzata. Inoltre, se la frequenza di oscillazione è nello spettro visibile, si parla di luce polarizzata.

Successivamente vedremo i tipi di polarizzazione e fenomeni fisici che producono luce polarizzata.

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Tipi di polarizzazione

Polarizzazione lineare

Viene mostrato il diagramma di un'onda elettromagnetica con polarizzazione lineare. Il campo elettrico oscilla parallelo all'asse X, mentre il campo magnetico oscilla simultaneamente all'elettricità ma nella direzione e nella direzione. Entrambe le oscillazioni sono perpendicolari alla direzione di propagazione z. Fonte: Wikimedia Commons.

La polarizzazione lineare si verifica quando il piano di oscillazione del campo elettrico dell'onda leggera ha una singola direzione, perpendicolare alla direzione di propagazione. Questo piano è preso, per convenzione, come piano di polarizzazione.

E il componente magnetico si comporta allo stesso modo: la sua direzione è perpendicolare al componente elettrico dell'onda, è unico ed è anche perpendicolare alla direzione di propagazione. 

La figura superiore mostra un'onda polarizzata linearmente. Nel caso mostrato il vettore di campo elettrico oscilla parallelamente all'asse X, mentre il vettore del campo magnetico oscilla simultaneamente all'elettricità, ma nella direzione e nella direzione e. Entrambe le oscillazioni sono perpendicolari alla direzione di propagazione z.

Si può avere una linearizzazione obliqua a causa della sovrapposizione di due onde che oscillano in fase e hanno piani di polarizzazione ortogonali, come il caso mostrato nella figura inferiore, che mostra in blu il piano di oscillazione del campo elettrico nella luce dell'onda leggera.

Può servirti: onda senoidale: caratteristiche, parti, calcolo, esempiL'onda blu rappresenta l'oscillazione del campo elettrico di un'onda elettromagnetica con polarizzazione lineare obliqua a causa della sovrapposizione di due componenti del campo polarizzato linearmente nei piani ortogonali. Fonte: Wikimedia Commons.

Polarizzazione circolare

In questo caso, l'ampiezza dei campi elettrici e magnetici dell'onda luminosa ha una grandezza costante, ma la sua direzione ruota con costante rapidità angolare nella direzione trasversale nella direzione di propagazione.

La figura inferiore mostra la svolta dell'ampiezza del campo elettrico (in rosso). Questo giro deriva dalla somma o dalla sovrapposizione di due onde con la stessa ampiezza e polarizzate linearmente in piani ortogonali, la cui differenza di fase è π/2 radia. Sono rappresentati nella figura inferiore come rispettivamente onde blu e verdi.

Polarizzazione circolare. Fonte: Wikimedia Commons

Il modo di scrivere matematicamente X E E del campo elettrico di un'onda con Dextrogy -Circular Polarizzazione, di ampiezza Eo e che si propaga nella direzione z È:

E = (Ex Yo; EHI J; Ez K) = Eo (cos [(2π/λ) (c t - z)] Yo; Cos [(2π/λ) (c t - z) - π/2] J; 0 K)

Invece, un'onda con Polarizzazione circolare di Levógira di ampiezza Eo che si propaga nella direzione z È rappresentato da:

E = (Ex Yo; EHI J; Ez K) = Eo (cos [(2π/λ) (c t - z)] Yo, Cos [(2π/λ) (c t - z) + π/2] J, 0 K)

Si noti che il segno viene modificato nella differenza di fase di un'onda componente E, Per quanto riguarda il componente X.

Entrambi per il caso destrotatorio COME Levogiro, Il vettore di campo magnetico B È correlato al vettore di campo elettrico E dal prodotto vettoriale tra l'unità vettore nella direzione di propagazione e E, incluso un fattore di scala pari all'inverso della velocità della luce:

B = (1/c) O_z ｘ E

Polarizzazione ellittica

La polarizzazione ellittica è simile alla polarizzazione circolare, con la differenza che l'ampiezza del campo rotto che descrive un'ellisse anziché un cerchio.

Può servirti: galassie ellittiche: formazione, caratteristiche, tipi, esempi

L'onda con polarizzazione ellittica è la sovrapposizione di due onde polarizzate linearmente in piani perpendicolari con un anticipo o un ritardo di π/2 radianti nella fase di uno rispetto all'altro, ma con l'aggiunta che l'ampiezza del campo in ciascuno dei componenti è diversa.

Fenomeni dovuti alla polarizzazione luminosa

Riflessione

Quando un raggio di luce non polarizzato colpisce una superficie, ad esempio un vetro o la superficie dell'acqua, parte della luce viene riflessa e trasmessa parte. Il componente riflesso ha una polarizzazione parziale, a meno che l'incidenza del raggio non sia perpendicolare alla superficie. 

Nel caso particolare che l'angolo del raggio riflesso forma l'angolo diritta con il raggio trasmesso, la luce riflessa ha una polarizzazione lineare totale, nella direzione normale al piano di incidenza e parallela alla superficie riflettente. L'angolo di incidenza che produce polarizzazione totale mediante la riflessione è noto come Brewster Angle.

Assorbimento selettivo

Alcuni materiali consentono la trasmissione selettiva di un determinato piano di polarizzazione del componente elettrico dell'onda leggera. 

Questa è la proprietà che viene utilizzata per la produzione di filtri polarizzanti, in cui viene generalmente utilizzato un polimero a base di polimero che si estende al limite e allineato dalla griglia, compatta tra due fogli di vetro.

Tale disposizione funge da griglia conduttiva che "corta -circuite" il componente elettrico dell'onda lungo le smagliature e consente il passaggio dei componenti trasversali al fibrado polimerico. La luce trasmessa è quindi polarizzata nella direzione trasversale della striata.

Posizionando un secondo filtro polarizzante (chiamato analizzatore) nella luce già polarizzata è possibile ottenere un effetto di scatto.

Quando l'orientamento dell'analizzatore coincide con il piano di polarizzazione della luce incidente, tutta la luce passa, ma per la direzione ortogonale, la luce è completamente estinta.

Per le posizioni intermedie esiste una luce parziale di luce, la cui intensità varia a seconda del Malus Law:

I = io cos²(θ).

Può servirti: flusso di campo elettrico

Birrefringencia cristallina

Spostamento della luce attraverso il vetro birrefringent

La luce nel vuoto, come ogni onda elettromagnetica, si diffonde con una velocità C di circa 300.000 km/s. Ma in un mezzo traslucido la sua velocità v è un po 'minore. Il quoziente tra C E v È chiamato indice di rifrazione del mezzo traslucido.

In alcuni cristalli, come la calcite, l'indice di rifrazione è diverso per ciascun componente di polarizzazione. Per questo motivo quando una trave di luce attraversa un cristallo con birrefringence, il raggio viene separato in due travi con polarizzazione lineare in direzioni ortogonali, come controllato con un filtro per analizzatore polarizzante.

Esempi di polarizzazione della luce

La luce riflessa dalla superficie del mare o di un lago ha una polarizzazione parziale. La luce del cielo blu, ma non quella delle nuvole, è parzialmente polarizzata.

Alcuni insetti come lo scarabeo CEtonia aurerata riflette la luce con polarizzazione circolare. La figura inferiore mostra questo fenomeno interessante, in cui si può osservare successivamente la luce riflessa dallo scarabeo senza filtri, con un filtro polarizzante destro e quindi con un filtro polarizzante sinistro.

Inoltre, è stato posizionato uno specchio che produce un'immagine con uno stato di polarizzazione invertito rispetto a quello della luce direttamente riflessa dallo scarabeo.

Polarizzazione circolare destra prodotta da Cetonia Aratrata Beetle. Fonte: Wikimedia Commons.

Applicazioni di polarizzazione luminosa

I filtri polarizzanti sono usati in fotografia per eliminare i lampi prodotti dalla luce riflessa da superfici riflettenti come l'acqua.

Sono anche usati per eliminare il bagliore prodotto dalla luce del cielo blu parzialmente polarizzato, in questo modo si ottengono fotografie con miglior contrasto.

In chimica, così come nell'industria alimentare, uno strumento chiamato polarimetro, che consente di misurare la concentrazione di alcune sostanze che in soluzione producono una rotazione dell'angolo di polarizzazione.

Ad esempio, passando la luce polarizzata e con l'aiuto di un polarimetro, la concentrazione di zucchero nei succhi e nelle bevande può essere determinata per verificare che si adatti agli standard del produttore e ai controlli sanitari.

Riferimenti

1. Goldstein, d. Luce polarizzata. New York: Marcel Dekker, Inc, 2003.
2. Jenkins, f. A. 2001. Fondamenti di ottica. NY: istruzione superiore McGraw Hill.
3. Saleh, Bahaa e. A. 1991. Fondamenti di fotonica. Canada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, r d. 1990. Ottica moderna. John Wiley & Sons Canada.
5. Bohren, c.F. 1998. Assorbimento e dispersione della luce da parte di piccole particelle. Canada: John Wiley & Sons.
6. Wikipedia. Polarizzazione elettromagnetica. Recuperato da: è.Wikipedia.com