Zjawisko polaryzacji światła

Pole elektryczne w danym punkcie w czasie i przestrzeni opisuje wektor natężenia pola

elektrycznego E, a pole magnetyczne wektor indukcji magnetycznej B. Światło emitowane przez

źródła makroskopowe jest zwykle mieszaniną fal, których kierunki drgań wektorów E (oraz

prostopadłych do nich wektorów B) mogą rozchodzić się różnie. O takim świetle możemy

powiedzieć, że jest niespolaryzowane.

Z definicji wynika, że polaryzacja to zjawisko, które polega na uporządkowaniu płaszczyzny drgań

wektora E.

Jeżeli fala opisywana przez wektor E znajduje się w jednej płaszczyźnie, to znaczy, że została

spolaryzowana liniowo. Urządzenia, które porządkują w taki sposób pola elektryczne i

magnetyczne, nazywamy polaryzatorami.

Polaryzator przepuszcza jedynie tę falę, którą opisuje wektor E, czyli falę o kierunku zgodnym z

kierunkiem polaryzacji.

Jeżeli fala wcześniej spolaryzowana pada na inny polaryzator, to część energii, którą niesie, zostaje

pochłonięty w materiale polaryzatora, a fala jest spolaryzowana zgodnie z jego kierunkiem. Ten

drugi polaryzator może więc zmienić kierunek polaryzacji światła, które na niego pada. Odgrywa

on rolę analizatora – obracając go wokół osi x, można sprawdzić, czy światło, które na niego pada

było, już spolaryzowane, a jeżeli było, to w jakiej płaszczyźnie.

Najpopularniejszymi polaryzatorami są używane przez fotografów polaroidy, wykonane z płytki

polimerów. Naturalnymi polaryzatorami są np. występujące w przyrodzie kryształy dwójłomne

(kalcyt).

Światło ulega też polaryzacji przy odbiciu od powierzchni przeźroczystych izolatorów (np. szkła).

Całkowita polaryzacja zachodzi tylko dla określonego kąta padania, nazywanego kątem

Brewstera. Kątem Brewstera nazywamy kąt padania, przy którym promień załamany tworzy z

promieniem odbitym kąt 90

o

.

Kąt Brewstera jest związany ze współczynnikiem załamania materiału odbijającego wzorem:

W świetle odbitym drgania wektora E odbywają się w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny

padania (patrz rysunek).

Przedstawimy teraz praktyczne zastosowania zjawiska polaryzacji. Jeśli na drodze

niespolaryzowanego światła ustawimy dwa polaryzatory o prostopadłych kierunkach polaryzacji,

to wiązka zostanie prawie całkowicie pochłonięta – wykorzystuje się to do znacznego osłabienia

światła reflektorów nadjeżdżających z przeciwka samochodów. Tym sposobem unika się oślepienia

kierowcy. Wiele substancji organicznych to materiały \"optycznie czynne\". Światło przechodzące

nie ulega znaczącemu osłabieniu, za to zmienia się kierunek polaryzacji. Ten efekt to skręcenie

płaszczyzny polaryzacji. Efekt ten nazywamy skręceniem płaszczyzny polaryzacji. Kąt, o jaki

zmienia się kierunek polaryzacji, jest proporcjonalny do grubości warstwy l i stężenia roztworu c,

czyli: α ~ cl, gdzie α to kąt, o jaki należy obrócić analizator, aby oglądane pole było znowu jasne.

Efekt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest używany do pomiaru zawartości cukru w soku

wytłoczonym z buraków cukrowych.