光的偏振——定义、类型、方法和应用
如果您要在炎热、阳光明媚的日子离开家，您无疑会戴上太阳镜。如果您正在观看 3D 电影，则还需要 3D 眼镜。极化在这两种情况下都有重大影响。您将在本文中了解两种类型的波：横波和纵波。您还将了解偏振和平面偏振光。让我们仔细看看极化并进一步研究它。
极化
根据物理学，极化是由电磁辐射的波性质引起的现象。阳光是电磁波的一个例子，因为它穿过真空到达地球。由于电场与磁场相互作用，这些波被称为电磁波。
Polarisation is the process of converting non-polarized light into polarised light. The light in which particles vibrate in all various planes is known as unpolarised light.
这种现象涉及两种类型的波。这些是：
- 横波：粒子的运动垂直于波的运动方向的波。例如，当你扔一块石头时，它会在水中产生涟漪，并在空气中产生声波。
- 纵波：当介质的粒子以与波相同的方向运动时发生。
穿越空间的电力和磁力的组合被称为光。光波的电振动和磁振动相互垂直。磁场沿一个方向传播，电场沿另一个方向传播，但它们始终是垂直的。所以我们在一个平面上有一个电场，一个垂直于它的磁场，一个垂直于两者的行进方向。电和磁振动可以发生在各种平面上。
Unpolarised light is defined as a light wave that vibrates in more than one plane. Unpolarised light sources include the light emitted by the sun, a lamp, and a tube light.
A polarised wave is the opposite type of wave. Light waves that vibrate in a single plane are known as polarised waves. Plane polarised light is made up of waves with the same direction of vibration for all of them.
极化类型
基于横波和纵波运动的三种极化类型如下：
- 线偏振——光的电场沿线偏振的传播方向被限制在一个平面内。
- 椭圆偏振——光的电场沿椭圆路径传播。两个线性分量不具有相同的幅度和相位差。
- 圆极化 –光的电场有两个相互垂直且幅度相同的线性分量，但相位差为 π ⁄ 2。产生的电场将以圆周运动传播。
用于光偏振的方法
偏振光有几种不同的方法：
宝丽来偏光
我们可以观察到有一个振动平面平行于下图中的平面。还有一个垂直于该平面的振动平面。第一张照片是没有两极分化的。第二张图片是极化的，这意味着它垂直或平行于第一张。因此，让我们从宝丽来开始了解极化。
宝丽来是由以特定方向定向的分子组成的偏振材料。每个宝丽来都有一个通过轴。只有通过轴才能使光流过。水平和垂直通轴都可以存在于宝丽来上。光线穿过它的方式是由这些决定的。当未偏振的光穿过偏光片时，它会变成偏振光。
散射极化
当光照射到分子或原子上时，光能被吸收并在多个方向上重新发射。极化导致这种散射。此外，发射的光在许多方向上传播。
When unpolarised light is incident on a particle, we obtain dispersed light. As a result, when unpolarised light travels through a molecule, the light is polarised in the direction perpendicular to the incident ray. As a result, light polarisation occurs in this direction.
这就是光散射导致偏振的方式。分散的光在垂直于入射光束的方向上发射。此外，分散的光具有完全偏振，但穿过分子的光具有部分偏振。
反射和折射偏振
入射光线反射光线和折射光线都可以在下图中看到。非偏振光在入射光束上可见。非偏振光如上图所示。点表示垂直方向，而线表示平行方向。
反射光线中的大部分光平行于平面偏振，只有少数例外。相反，折射光束中的大部分光是非偏振的，具有一个或两个偏振分量。结果，我们可以看到反射和折射的光线都是部分偏振的。
Brewster’s law
The law says that the reflected ray is fully polarised at a specific angle of incidence. The angle between the reflected and refracted rays is also 90°. Total angle = 90° if i = iB, that is when the angle of incidence equals Brewster’s angle.
According to Snell’s law,
μ = sin i ⁄ sin r
When light is incident at Brewster’s angle, then
iB + r = 90°
r = 90° − iB
sin r = sin (90° − iB) = cos iB
Substitute value of sin r in the formula of μ.
μ = sin iB ⁄ cos iB
μ = tan iB
极化的应用
以下是极化应用的一些示例：
- 在化学中，极化方法用于确定有机分子的手性。
- 通过极化来区分横波和纵波。
- 在塑料行业，宝丽来滤光片用于进行应力分析测试。
- 偏振用于创建和显示 3D 电影。
- 在太阳镜中，偏振用于最大限度地减少眩光。
- 它用于分析地震学中的地震。
- 偏振用于红外光谱。
示例问题
问题 1：一束光以偏振角照射到折射率为 √3 的玻璃板表面。光线的折射角是多少？
回答：
Consider iP be the polarising angle,
Refractive index, μ = tan iP = √3
⇒ iP = 60°
Angle of refraction, r = 90° – iP
= 90° – 60° = 30°
Hence, the angle of refraction is 30°.
问题2：线偏振光的情况下，电场矢量的大小会发生变化吗？
回答：
The magnitude of the electric field vector fluctuates regularly with time in any form of light, whether polarised or unpolarised.
问题3：为什么光波呈现偏振而声波不呈现偏振？
回答：
Polarisation can only be seen in transverse waves. Sound waves cannot be polarised because light waves are transverse waves while sound waves are longitudinal waves.
问题 4：在极化波中，电矢量的振荡方向是什么？
回答：
When a light wave is polarised, the polaroid absorbs the electric vectors along the propagation direction. As a result, the electric vectors fluctuate in a perpendicular direction to the wave propagation. The pass axis is the name for this direction.
问题 5：描述一个允许所有入射光通过而不被反射的窗口。
回答：
Brewster window is a practical application of Brewster law. When light strikes a clean glass plate, the majority of the incident light is transmitted (>> 92 percent), while just a small percentage is reflected.