แสงโพลาไรซ์คืออะไร? - กายภาพ

แสงโพลาไรซ์เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นในระนาบเดียวตั้งฉากกับทิศทางการขยายพันธุ์ การสั่นสะเทือนในระนาบหมายความว่าเวกเตอร์สนามไฟฟ้าของคลื่นแสงแกว่งขนานกับช่องว่างของส่วนประกอบสี่เหลี่ยมสองส่วนเช่นเดียวกับในกรณีของระนาบ xy ของโพลาไรซ์

แสงธรรมชาติหรือแสงประดิษฐ์คือคลื่นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งสนามไฟฟ้าจะแกว่งแบบสุ่มในระนาบทั้งหมดที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย เมื่อรังสีเพียงบางส่วนถูก จำกัด ให้สั่นในระนาบเดียวแสงจะถูกกล่าวว่าเป็นโพลาไรซ์

คลื่นแสงโพลาไรซ์ในแนวตั้งในระนาบเป็นคลื่นแสงที่ไม่โพลาไรซ์กระทบกับตะแกรงโพลาไรซ์ โดย Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

วิธีหนึ่งในการได้รับแสงโพลาไรซ์คือการยิงรังสีของแสงบนฟิลเตอร์โพลาไรซ์ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างโพลีเมอร์ที่มุ่งไปในทิศทางเดียวโดยปล่อยให้คลื่นที่แกว่งในระนาบเดียวกันเท่านั้นที่จะผ่านได้ในขณะที่คลื่นที่เหลือถูกดูดซับ .

รังสีของแสงที่ผ่านตัวกรองมีความเข้มต่ำกว่ารังสีตกกระทบ คุณลักษณะนี้เป็นวิธีแยกความแตกต่างระหว่างแสงโพลาไรซ์และแสงที่ไม่มีขั้ว ดวงตาของมนุษย์ไม่มีความสามารถในการแยกแยะความแตกต่างระหว่างตาคนอื่น

แสงสามารถเป็นโพลาไรซ์เชิงเส้นวงกลมหรือรูปไข่ขึ้นอยู่กับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น นอกจากนี้แสงโพลาไรซ์สามารถรับได้โดยกระบวนการทางกายภาพเช่นการสะท้อนการหักเหการเลี้ยวเบนและการสะท้อนแสง

แสงโพลาไรซ์เชิงเส้น

เมื่อสนามไฟฟ้าของคลื่นแสงแกว่งตลอดเวลาโดยอธิบายถึงเส้นตรงในระนาบที่ตั้งฉากกับการแพร่กระจายแสงจะบอกว่าเป็นโพลาไรซ์เชิงเส้น ในสถานะของโพลาไรซ์นี้เฟสของทั้งสององค์ประกอบของสนามไฟฟ้าจะเหมือนกัน

ถ้าคลื่นเชิงเส้นสองขั้วที่สั่นในระนาบที่ตั้งฉากกันถูกซ้อนทับกันจะได้คลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นอีกคลื่นหนึ่ง คลื่นแสงที่ได้จะอยู่ในเฟสกับคลื่นก่อนหน้า คลื่นสองคลื่นอยู่ในเฟสเมื่อนำเสนอการกระจัดเดียวกันในเวลาเดียวกัน

โพลาไรเซชันเชิงเส้นวงกลมและรูปไข่ โดย Inductiveload. (https://commons.wikimedia.org)

แสงโพลาไรซ์แบบวงกลม

คลื่นแสงที่เวกเตอร์สนามไฟฟ้าแกว่งเป็นวงกลมในระนาบเดียวกันที่ตั้งฉากกับการแพร่กระจายเป็นแบบโพลาไรซ์แบบวงกลม ในสถานะของโพลาไรซ์นี้ขนาดของสนามไฟฟ้าจะคงที่ การวางแนวของสนามไฟฟ้าเป็นตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา

สนามไฟฟ้าของแสงโพลาไรซ์อธิบายเส้นทางวงกลมที่มีความถี่เชิงมุมคงที่ω

คลื่นแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นสองเส้นที่ซ้อนทับกันในแนวตั้งฉากซึ่งมีความแตกต่างของเฟส 90 °ก่อตัวเป็นคลื่นแสงโพลาไรซ์แบบวงกลม

แสงโพลาไรซ์รูปไข่

ในสถานะของโพลาไรซ์นี้สนามไฟฟ้าของคลื่นแสงจะอธิบายถึงวงรีในระนาบทั้งหมดที่ตั้งฉากกับการแพร่กระจายและวางแนวในทิศทางการหมุนตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา

การซ้อนทับของคลื่นแสงสองคลื่นที่ตั้งฉากกันโดยหนึ่งมีโพลาไรเซชันเชิงเส้นและอีกคลื่นหนึ่งมีโพลาไรเซชันแบบวงกลมและด้วยการเลื่อนเฟส 90 °ทำให้เกิดคลื่นแสงที่มีโพลาไรเซชันรูปไข่ คลื่นแสงโพลาไรซ์คล้ายกับกรณีของโพลาไรซ์แบบวงกลม แต่มีขนาดของสนามไฟฟ้าแตกต่างกันไป

แสงโพลาไรซ์แบบสะท้อน

แสงสะท้อน - โพลาไรซ์ถูกค้นพบโดย Malus ในปี 1808 Malus สังเกตว่าเมื่อลำแสงที่ไม่มีขั้วกระทบกับแผ่นกระจกโปร่งใสที่ผ่านการขัดเงาอย่างดีส่วนหนึ่งของแสงจะหักเหเมื่อผ่านแผ่นและอีกส่วนหนึ่งจะสะท้อนออกมา มุม 90 °ระหว่างรังสีหักเหและรังสีสะท้อน

ลำแสงสะท้อนแสงเป็นโพลาไรซ์เชิงเส้นโดยการสั่นในระนาบตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายและระดับของโพลาไรซ์ขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบ

มุมตกกระทบที่ลำแสงสะท้อนโพลาไรซ์เต็มที่เรียกว่ามุมบรูว์สเตอร์ (θ _B )

การหักเหของแสงโพลาไรซ์

หากลำแสงที่ไม่มีขั้วตกกระทบกับมุมบรูว์สเตอร์ (θ _B ) บนแผ่นแก้วที่ซ้อนกันการสั่นสะเทือนบางส่วนที่ตั้งฉากกับระนาบอุบัติการณ์จะสะท้อนจากแผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่นและการสั่นสะเทือนที่เหลือจะหักเห

ผลลัพธ์สุทธิคือลำแสงสะท้อนทั้งหมดจะมีโพลาไรซ์ในระนาบเดียวกันในขณะที่คานหักเหจะมีโพลาไรซ์บางส่วน

ยิ่งจำนวนพื้นผิวมากเท่าไหร่รังสีหักเหก็จะสูญเสียการสั่นที่ตั้งฉากกับระนาบมากขึ้นเรื่อย ๆ ในที่สุดแสงที่ส่งผ่านจะมีโพลาไรซ์เชิงเส้นในระนาบอุบัติการณ์เดียวกันกับแสงที่ไม่โพลาไรซ์

กระจายแสงโพลาไรซ์

แสงที่ตกลงบนอนุภาคขนาดเล็กที่แขวนลอยอยู่ในตัวกลางจะถูกดูดซับโดยโครงสร้างอะตอมของมัน สนามไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในอะตอมและโมเลกุลมีการสั่นขนานกับระนาบการสั่นของแสงตกกระทบ

ในทำนองเดียวกันสนามไฟฟ้าตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย ในระหว่างกระบวนการนี้อะตอมจะปล่อยโฟตอนของแสงที่เบี่ยงเบนไปในทุกทิศทางที่เป็นไปได้

โฟตอนที่ปล่อยออกมาประกอบด้วยคลื่นแสงที่อนุภาคกระจัดกระจาย ส่วนของแสงที่กระจัดกระจายซึ่งตั้งฉากกับลำแสงตกกระทบนั้นมีขั้วแบบเชิงเส้น ส่วนอื่น ๆ ของแสงที่กระจัดกระจายไปในทิศทางคู่ขนานไม่ได้เป็นโพลาไรซ์ส่วนที่เหลือของแสงที่กระจัดกระจายโดยอนุภาคจะมีขั้วบางส่วน

การกระเจิงของอนุภาคที่มีขนาดเทียบได้กับความยาวคลื่นของแสงตกกระทบเรียกว่าการกระเจิงของเรย์ลี การกระจายแบบนี้ทำให้สามารถอธิบายสีฟ้าของท้องฟ้าหรือสีแดงของพระอาทิตย์ตกได้

การกระเจิงของเรย์ลีมีสัดส่วนผกผันกับกำลังที่สี่ของความยาวคลื่น (1 / λ ⁴ )

แสงโพลาไรซ์แบบ Birefringence

Birefringence เป็นคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุบางชนิดเช่นแคลไซต์และควอตซ์ที่มีดัชนีหักเหสองดัชนี แสงโพลาไรซ์แบบ Birefringent จะได้รับเมื่อรังสีของแสงตกกระทบกับวัสดุสองขั้วแยกออกเป็นรังสีสะท้อนและรังสีหักเหสองเส้น

จากรังสีหักเห 2 อันอันหนึ่งเบี่ยงเบนมากกว่าอีกรังสีหนึ่งโดยสั่นในแนวตั้งฉากกับระนาบอุบัติการณ์ในขณะที่อีกอันหนึ่งจะแกว่งขนานกัน รังสีทั้งสองเกิดจากวัสดุที่มีโพลาไรเซชันเชิงเส้นไปยังระนาบอุบัติการณ์

อ้างอิง

Goldstein, D. แสงโพลาไรซ์. นิวยอร์ก: Marcel Dekker, inc, 2003
Jenkins, FA และ White, H E. Fundamentals of Optics NY: การศึกษาระดับอุดมศึกษาของ McGraw Hill, 2544
Saleh, Bahaa E. A และ Teich, M C. ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโฟโตนิกส์ แคนาดา: John Wiley & Sons, 1991
Guenther, R D. เลนส์สมัยใหม่ แคนาดา: John Wiley & Sons, 1990
Bohren, CF และ Huffman, D R การดูดซับและการกระเจิงของแสงโดยอนุภาคขนาดเล็ก แคนาดา: Jhon Wiley & Sons, 1998

แสงโพลาไรซ์คืออะไร? - กายภาพ - 2026