Polaryzacja fali

1

Polaryzacja fali

Polaryzacja – własność fali poprzecznej (np. światła). Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym

kierunku. Fala niespolaryzowana oscyluje we wszystkich kierunkach jednakowo. Fala niespolaryzowana może być

traktowana jako złożenie wielu fal drgających w różnych kierunkach.

W naturze większość źródeł promieniowania elektromagnetycznego wytwarza fale niespolaryzowane. Polaryzacja

występuje tylko dla fal rozchodzących się w ośrodkach, w których drgania ośrodka mogą odbywać się w dowolnych

kierunkach prostopadłych do rozchodzenia się fali. Ośrodkami takimi są trójwymiarowa przestrzeń lub struna.

Gdy ośrodek fali nie może drgać w dowolnych kierunkach prostopadłych względem rozchodzenia się fali, zjawisko

polaryzacji jest niemożliwe. Dotyczy to np. drgań na powierzchni membrany i na granicach faz. Przykładem tego są

m.in. fale morskie. Fale dźwiękowe również nie podlegają zjawisku polaryzacji, gdyż są falami podłużnymi.

Teoria

Podstawy: fale płaskie

Najłatwiej jest sobie wyobrazić polaryzację płaskich fal sinusoidalnych. W większości przypadków światło to fale

płaskie. Płaska fala elektromagnetyczna cechuje się tym, że wektory pola magnetycznego oraz elektrycznego

prostopadłe do siebie leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali, wektory te są zależne od

siebie i podanie jednego jednoznacznie określa drugi dlatego przyjmuje się, że polaryzacja światła to zjawisko

związane wyłącznie z wektorem pola elektrycznego. Wektor ten można rozłożyć na dwie składowe prostopadłe do

siebie. Zmiany tych składowych można opisać funkcjami sinusoidalnymi, a zatem wystarczy podać ich fazę,

amplitudę oraz częstotliwość, aby je jednoznacznie zdefiniować, przy czym obie składowe wektora pola

elektrycznego zawsze mają taką samą częstotliwość, która odpowiada częstotliwości analizowanej fali

elektromagnetycznej.

Polaryzacja fali

2

Rodzaje polaryzacji

Umieszczone tutaj ilustracje przedstawiają zmiany położenia punktu dla fali mechanicznej lub wektora pola

elektrycznego dla fali elektromagnetycznej (czarny) w czasie oraz jego składowych rzutowanych na dwie

prostopadłe osie (czerwony/lewy oraz granatowy/prawy) ustawione pod kątem prostym do płaszczyzny czoła fali.

Na dole każdego wykresu kolorem fioletowym oznaczono ruch elementu drgającego.

Schemat polaryzacji liniowej

Schemat polaryzacji kołowej

Schemat polaryzacji

eliptycznej

Przypadek po lewej, to polaryzacja liniowa, drganie odbywa się wzdłuż linii prostej. Każde drganie można

przedstawić jako sumę drgań wzdłuż osi X i Y. W przypadku polaryzacji liniowej drgania składowe są w fazie lub w

przeciwfazie (180°). Stosunek amplitud drgań składowych określa kierunek drgania, a tym samym i polaryzację.

Brak jednej ze składowych odpowiada polaryzacji wzdłuż osi. W polaryzacji liniowej przemieszczenie (natężenie

pola elektrycznego) punktu w każdym cyklu przechodzi dwa razy przez zero.

Przypadek środkowy ilustruje polaryzację kołową. Drganie to odpowiada ruchowi po okręgu. Można je rozłożyć na

dwa drgania o jednakowych amplitudach ale o fazach przesuniętych dokładnie o 90° lub 270° (-90°). W zależności

do tego, czy fazy są przesunięte o 90° czy 270°, mówi się o polaryzacji kołowej prawoskrętnej lub polaryzacji

kołowej lewoskrętnej. Wynika to z faktu, że wektor wychylenia może obracać się albo w lewo albo w prawo. W

polaryzacji kołowej przemieszczenie (natężenie pola elektrycznego) ma zawsze taką samą wartość, zmienia się tylko

kierunek przemieszczenia.

Trzeci rysunek przedstawia polaryzację eliptyczną, która jest uogólnieniem polaryzacji kołowej. Ruch ciała

wytwarzającego drganie odbywa się po elipsie. Drganie to rozkłada się, podobnie jak w polaryzacji kołowej, na

drgania o fazie przesuniętej o 90° lub 270° ale drgania składowe mają różne amplitudy. Polaryzacja eliptyczna może

być wyrażona jako złożenie polaryzacji liniowej i kołowej.

Polaryzacja fali

3

Opis matematyczny

Równanie fali poprzecznej rozchodzącej się wzdłuż osi Z oraz wywołane nią drganie w wybranym punkcie (z=0)

mogą być opisane wzorami:

•

– to odpowiednio wersory osi X i Y określające kierunek drgań,

•

– amplitudy drgań w wyznaczonych kierunkach,

•

– przesunięcia fazowe drgań.

Jeżeli

lub

to drgania te można przedstawić jako drgania

co odpowiada polaryzacji liniowej w kierunku v (rys. 1).

Jeżeli

oraz

to bez uwzględniania fazy początkowej drgania można opisać

równaniem

. Równanie to jest równaniem okręgu i oznacza polaryzację

kołową (rys. 2).
W ogólnym przypadku, gdy składowe mają różne amplitudy, wypadkowy ruch jest elipsą, stan ten opisuje pierwsze

z przytoczonych równań, będące parametrycznym równaniem elipsy, a taki stan polaryzacji jest polaryzacją

eliptyczną (rys. 3).

Analiza Jonesa

Stosując Wzór Eulera przyjmując, że znaczenie fizyczne ma tylko część rzeczywista wektora równanie fali

poprzecznej można opisać równaniem:

Równanie to jest iloczynem, w którym pierwszy czynnik odpowiada za "falowanie", drugi będący sumą wektorów

ma wartość stałą dla danej fali i opisuje jej stan polaryzacji.

Pomijając w zapisach czynnik oscylacyjny jako oczywisty, podobnie jak to się robi w analizie przemiennego prądu

elektrycznego, oraz zapisując drugi czynnik w konwekcji wektorowej stan polaryzacji można opisać w postaci:

gdzie:

– amplitudy w fali w dwóch ortogonalnych kierunkach, a

– przesunięcia fazowe fal.

Analizę taką z zastosowaniem wektorów i macierzy liczb zespolonych opracował w 1941 r. R. C. Jones. Metoda ta

zwana jest rachunkiem Jonesa. W analizie tej stan polaryzacji światła przedstawiany jest wektorem Jonesa układ

optyczny opisuje macierz Jonesa.

Różne wektory Jonesa mogą reprezentować tą samą elipsę, a więc taki sam stan polaryzacji. Fizyczne pole

elektryczne, jako część rzeczywista wektora Jonesa może być różna, ale stan polaryzacji jednakowy, gdyż stan

polaryzacji jest niezależny od absolutnych wartości faz, ale zależy od różnic faz odpowiadającym wybranym osiom.

Wektory bazowe wykorzystywane do opisu fali mogą być dowolną parą wektorów leżących w płaszczyźnie

prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali, muszą to być wektory ortogonalne czyli, takie dla których iloczyn

skalarny jest równy zero i można zbudować z nich dowolny wektor w tej płaszczyźnie. Często w miejsce wektorów

układu kartezjańskiego wybierane są wektory reprezentujące prawoskrętną i lewoskrętną polaryzację kołową, co

pozwala na modelowanie bardzo powszechnych zjawisk zachodzących w ośrodkach dwójłomnych lub dróg

sygnałowych koherentnych czujników mierzących polaryzację kołową.

Polaryzacja fali

4

Polaryzacja częściowa

Obraz fali przedstawiony powyżej jest dużym uproszczeniem. W rzeczywistości większość fal nie jest wytwarzana

przez jedno źródło, lecz przez bardzo wiele niezależnych źródeł drgających w przypadkowych kierunkach z

przypadkowymi amplitudami. W takiej sytuacji suma emisji wszystkich źródeł, daje w efekcie promieniowanie

całkowicie pozbawione polaryzacji. W fali niespolaryzowanej drgania występują we wszystkich możliwych

kierunkach z jednakowym prawdopodobieństwem. W pewnych sytuacjach jeden z kierunków drgań może stać się

uprzywilejowany i drgania w tym kierunku będą zachodziły z większą amplitudą niż w innych, co powoduje

częściową polaryzację. Gdyby końce wektorów pola elektrycznego dla takiego promieniowania nanieść na wykres,

uzyska się rozmazany kształt przypominający wypełnioną elipsę dla fali częściowo spolaryzowanej liniowo, a elipsę

z mniejszym wypełnieniem w środku dla fali spolaryzowanej częściowo eliptycznie. Dla polaryzacji częściowej

określa się poziom polaryzacji.

Parametryczny opis polaryzacji

Schemat elipsy opisującej polaryzację

Odbicie fali płaskiej od płaszczyzny prostopadłej do płaszczyzny

rysunku. Składowe p fali znajdują się w płaszczyźnie rysunku,

podczas gdy składowe s są do niej prostopadłe oznaczone są

kółkami.

Jak przedstawiono wyżej w opisie i na rysunkach każdą

falę spolaryzowaną, zarówno liniowo, kołowo jak i

eliptycznie można przedstawić jako złożenie dwóch fal

o jednakowej częstotliwości drgających w kierunkach

wzajemnie prostopadłych i prostopadłych do kierunku

rozchodzenia się fali. Każdą spolaryzowaną falę można

przedstawić także jako sumę fal spolaryzowanych

kołowo. Fala spolaryzowana liniowo jest sumą fali

spolaryzowanej lewo- i prawoskrętnie.

Polaryzacja eliptyczna jest ogólnym stanem

polaryzacji, dlatego by opisać polaryzację można

posłużyć się elipsą w przypadku fali

elektromagnetycznej elipsa ta odpowiada torowi końca

wektora pola elektrycznego. Podobnie jak elipsę można

opisać różnymi równaniami, tak i polaryzację można

opisać w różny sposób. Oprócz wyżej podanego

parametrycznego równania zależnego od

współrzędnych (X i Y), często parametrami

opisującymi polaryzację są: kąt pomiędzy osią X i

główną półosią elipsy (Ψ) oraz współczynnik

eliptyczności, czyli stosunek głównej i mniejszej półosi

elipsy (ε). Czasami używa się też współczynnika kąta

eliptyczności (χ) obliczanego jako arctg(ε) (szczegóły

w artykule elipsa). Na schemacie obok oznaczono

poszczególne parametry.

Stosowane nazewnictwo

Niezależnie od tego czy polaryzacja opisywana jest

poprzez parametry geometryczne czy przez wektory Jonesa, kierunek rozchodzenia się fali narzuca wybór układu

współrzędnych, drgania odbywają się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali dlatego kierunki

bazowe muszą leżeć w tej płaszczyźnie. Wynika stąd, że wybór układu dopuszcza obrót wokół kierunku propagacji.

Polaryzacja fali

5

Jeżeli rozważane jest światło (fala) rozchodzące się poziomo do powierzchni ziemi, powszechnie przyjęto określanie

polaryzacji poziomej (horyzontalnej) i pionowej (wertykalnej). W publikacjach układ współrzędnych wiąże się z

płaszczyzną ilustracji, wprowadzając pojęcie polaryzacji równoległej do płaszczyzny ilustracji oznaczanej przez p

oraz polaryzacji prostopadłej – oznaczanej przez s. Taka sytuacji została zilustrowana na diagramie po prawej. W

astronomii powszechnie kierunki polaryzacji określa się względem układu współrzędnych równikowych.

Zjawiska związane z polaryzacją

Tekst poniżej opisuje polaryzację fal elektromagnetycznych, choć zjawiska te zachodzą też dla fal mechanicznych,

przykładowo fal sejsmicznych rozchodzących się w Ziemi.

Sposoby polaryzacji

Falę spolaryzowaną można uzyskać poprzez:

• selektywną emisję – źródło fali wykonuje drgania w jednym kierunku,

• selektywne pochłanianie – ośrodek przez który przechodzi fala pochłania falę o jednym kierunku polaryzacji, a

przepuszcza o przeciwnej,

• pojedyncze rozproszenie – rozproszenie w kierunku prostopadłym tworzy falę spolaryzowaną,

• odbicie od ośrodka przezroczystego,

• dwójłomność (podwójne załamanie).

Selektywna emisja

Fala elektromagnetyczna, której jednym ze składników jest pole elektryczne, powstaje w wyniku zmian tego pola.

Zmiany te powstają w wyniku przyspieszania ładunku elektrycznego. Natężenie pola elektrycznego, a tym samym i

jego zmiany, w powstającej fali ma kierunek taki sam jak natężenie pola elektrycznego wytwarzającego falę i

rozchodzi się w przestrzeni.

Pojedynczy dipol, np. dipolowa antena radiowa zasilana prądem przemiennym lub pobudzony do drgań elektron,

promieniuje we wszystkich kierunkach, ale nie jednakowo silnie. Natężenie promieniowania w wybranym kierunku

jest proporcjonalne do rzutu prostokątnego dipola na płaszczyznę prostopadłą do wybranego kierunku.

Polaryzacja fal radiowych

Antena w postaci dipola wytwarza falę radiową spolaryzowaną zgodnie z ustawieniem dipola. Radiofonia na falach

długich i średnich używa polaryzacji pionowej (zmiany natężenia pola elektrycznego mają pionowy kierunek) ze

względu na wykorzystanie pionowego masztu jako anteny. Telewizja w transmisji naziemnej używa polaryzacji

poziomej, tak by można było odbierać jedną anteną wszystkie stacje telewizyjne (były wyjątki). Służby techniczne

pracujące na zakresie fal decymetrowych, by ograniczyć wzajemne zakłócenia telewizji i służb stosują polaryzację

pionową.

W telewizji satelitarnej różną polaryzację stosuje się do zwiększenia liczby kanałów dostępnych w tym samym

paśmie.

Antena wytwarzająca falę spolaryzowaną kołowo składa się z dwóch dipoli ustawionych prostopadle i zasilanych

drganiami z przesunięciem fazowym o 90 stopni.

Fale radiowe w wyniku wielokrotnego rozproszenia tracą swoją polaryzację.

Polaryzacja fali

6

Promieniowanie cieplne

Promieniowanie cieplne, w tym także świecenie rozgrzanych ciał, powstaje w wyniku przypadkowych ruchów

cząsteczek i dlatego światło emitowane przez rozgrzane ciała nie jest spolaryzowane.

Inne źródła

Niektóre źródła promieniowania elektromagnetycznego, w których kierunek drgań cząstek naładowanych (np.

elektronów) jest wymuszony, wytwarzają światło spolaryzowane – np. znajdujące się w silnym polu elektrycznym

lub magnetycznym cząstki o anizotropowej budowie, cząstki ustawione oddziaływaniem międzycząsteczkowym

wytwarzają promieniowanie spolaryzowane. Linie spektroskopowe światła powstającego w polu magnetycznym,

jeżeli pole magnetyczne wpływa na poziomy energetyczne, również są spolaryzowane. Na podobnej zasadzie

spolaryzowane jest promieniowanie synchrotronowe.

Jeżeli drgania cząstek nie są wymuszone w danym kierunku, lecz tylko uprzywilejowane, to polaryzacja

emitowanego światła jest częściowa.

Zjawiska te stosuje się w astronomii do badania pól magnetycznych w miejscu emisji lub pochłaniania

promieniowania.

Selektywne pochłanianie

Gdy w przestrzeni, w której rozchodzi się fala drgania w jednym z kierunków są tłumione, a w prostopadłym do

niego nie są, to fala rozchodząc się w tym ośrodku utraci drgania w jednym kierunku, czyli ulegnie polaryzacji.

Przykładem takiego ośrodka dla fali elektromagnetycznej może być drabinka z drutów, czyli układ cienkich

równoległych drutów przewodzących prąd elektryczny. Średnica drutów i odległość między nimi musi być

porównywalna z długością fali. Układ taki pochłania fale, których drgania wektora elektrycznego są równoległe do

drutów, a przepuszcza fale o drganiach prostopadłych do drutów. Układy takie buduje się dla fal radiowych i

mikrofal. Układy dla fal krótszych (podczerwień, światło widzialne) też są zbudowane w ten sposób, lecz rolę

drutów przejmują odpowiednio ułożone cząsteczki związków chemicznych. Polaryzator liniowy zwany polaroidem

wykonuje się poprzez rozciąganie w trakcie produkcji folii wykonanej z odpowiedniego tworzywa sztucznego, w

wyniku czego powstaje układ równolegle ułożonych cząsteczek pochłaniających fale elektromagnetyczne drgające w

jednym kierunku.

Pojedyncze rozproszenie fali

Cząstka rozpraszająca pochłania falę elektromagnetyczną wytwarzając drgania ładunków cząstki (zazwyczaj

elektronów). Drgania te mogą być przedstawione jako złożenie dwóch prostopadłych kierunków, które są

prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. Kierunki te można wybrać dowolnie – najlepiej, jeżeli jeden z nich

jest zawarty w płaszczyźnie utworzonej przez punkty źródło – cząstka rozpraszająca – obserwator. Drganie to może

wywołać falę elektromagnetyczną, jej amplituda jest proporcjonalna do rzutu wektora wywołującego drganie tak jak

widzi go obserwator. Jeżeli źródło – cząstka rozpraszająca – obserwator tworzą kąt prosty, to rzut wektora w

kierunku obserwatora jest zerowy. Oznacza to, że fala elektromagnetyczna rozproszona pod kątem prostym nie

zawiera fali w tej płaszczyźnie czyli jest spolaryzowana liniowo w kierunku prostopadłym do płaszczyzny źródło –

cząstka rozpraszająca – obserwator. Fala (światło) rozproszona w innym kierunku jest częściowo spolaryzowana.

Zjawisko to odpowiada za:

• polaryzację błękitu nieba,

• częściową polaryzację tęczy i halo,

Analizując polaryzację światła rozproszonego można określić kąt rozproszenia, czyli określić kierunek padania

światła na gaz rozpraszający. Własności te są stosowane w astronomii.

Polaryzacja fali

7

Wielokrotne rozproszenie

Rozproszenie światła w wyniku wielokrotnego rozproszenia w tym rozproszenia w ośrodku składającym się z dwóch

substancji przezroczystych, niszczy polaryzację światła.

Odbicie od ośrodka przeźroczystego

Gdy światło pada na granicę ośrodków przeźroczystych pod takim kątem (kąt Brewstera), że promień odbity tworzy

z promieniem załamanym kąt 90°, to światło odbite jest całkowicie spolaryzowane liniowo, a światło przechodzące

jest spolaryzowane częściowo. Zjawisko polaryzacji przez odbicie zostało odkryte w 1809 r. przez Malusa.

Pochłonięcie światła o polaryzacji zgodnej z polaryzacją światła odbitego umożliwia redukcję odblasków od

powierzchni wody, szyby itp. stosowane jest w fotografii i astronomii.

Na tej zasadzie działa okienko Brewstera stosowane w laserach wytwarzających światło spolaryzowane. Lasery

pozbawione tego okienka wytwarzają światło niespolaryzowane.

Dla innych kątów padania światła, światło odbite jest częściowo spolaryzowane. Im kąt padania bardziej rożni się od

kąta Brewstera, tym stopień polaryzacji światła odbitego jest mniejszy.

Odbicie od metalu

Odbicie światła od powierzchni metalu nie polaryzuje światła niespolaryzowanego, ale zmienia stan polaryzacji

odbitego pod kątem światła, np. światło spolaryzowane liniowo po odbiciu od gładkiej powierzchni metalowej

zmienia polaryzację na eliptyczną, a przy odpowiednim kącie na kołową.

Zmiana polaryzacji wynika z tego, że składowa elektryczna promieniowania równoległa do powierzchni metalu

odbija się w nim bliżej powierzchni od składowej prostopadłej, odbijającej się głębiej, ta różnica w miejscu odbicia

wywołuje różnicę w czasie przebiegu składowych polaryzacji wywołując przesunięcie fazowe obu składowych, co

zmienia parametry elipsy polaryzacji.

Dwójłomność

Gdy światło pada na niektóre substancje, rozdziela się na dwie wiązki o prostopadłych polaryzacjach liniowych.

Zjawisko to, zwane podwójnym załamaniem lub dwójłomnością, wykorzystuje się do otrzymywania wiązki światła

spolaryzowanego w pryzmacie Nicola.

Światło padając prostopadle na substancje dwójłomne, w których oś optyczna jest równoległa do powierzchni na

którą pada światło, nie rozdziela się, ale jego składowe poruszają się z różnymi prędkościami. Zjawisko to

wykorzystywane jest do zmiany polaryzacji światła w płytkach ćwierćfalowych i płytkach półfalowych. Uzyskanie

przez substancję dwójłomności w kierunku przyłożonego pola nosi nazwę Efekt Pockelsa i stosowane jest do

uzyskiwania sterowanych napięciem elektrycznym płytek n-falowych zwanych komórkami Pockelsa.

Wiele substancji przeźroczystych, które w normalnych warunkach nie są dwójłomne, pod wpływem pola

elektrycznego lub magnetycznego stają się dwójłomne. Zjawisko to na cześć odkrywcy nosi nazwę efektu Kerra i

znalazło zastosowanie do modulacji światła polem elektrycznym w przyrządach zwanych komórkami Kerra.

Polaryzacja fali

8

Skręcenie kierunku polaryzacji

Wiele substancji organicznych (np. sacharoza rozpuszczona w wodzie) zmienia kierunek polaryzacji światła

przechodzącego przez roztwór. Zjawisko to zwane aktywnością optyczną jest stosowane do rozpoznawania cukrów,

a także do określania stężenia cukru w soku buraczanym.

Praktyczne znaczenie polaryzacji

Filtry polaryzacyjne

Animacja doświadczenia z dwoma filtrami

polaryzującymi, umieszczonymi jeden za drugim,

ilustrująca zjawisko polaryzacji

Zdjęcie wykonane z filtrem polaryzacyjnym (po

lewej) i bez filtra (po prawej)

Aby uzyskać światło spolaryzowane można wykorzystać filtr

polaryzacyjny. Ma on zdolność do przepuszczania tylko fal świetlnych

o polaryzacji liniowej. Kierunek tej polaryzacji jest stały i ściśle

związany z konstrukcją filtra. Jeżeli przepuści się światło

niespolaryzowane przez dwa takie filtry i zacznie je obracać, to światło

na zmianę będzie przygasać oraz rozbłyskać. Kiedy dwa filtry

polaryzacyjne są ustawione tak, że przepuszczają tylko fale oscylujące

w prostopadłych płaszczyznach, to światło nie przechodzi. Jeżeli

płaszczyzny polaryzacji są takie same, to efekt jest taki jak dla jednego

filtra.

Filtry polaryzacyjne są stosowane np. w okularach

przeciwsłonecznych, gdzie zmniejszają jasność nieba w słoneczny

dzień, blokują spolaryzowane światło odbite od poziomych płaszczyzn

(co jest szczególnie ważne przy kierowaniu samochodem) i zwiększają

kontrastowość obrazu. Filtry tego rodzaju są też stosowane w

fotografii, gdzie zapobiegają pojawianiu się blików na zdjęciach.

Wyświetlacze

Schemat wyświetlacza LCD – 1-polaryzator pionowy, 2 i 4- szyba z

przeźroczystymi elektrodami, 3-ciekły kryształ, 5-polaryzator

poziomy, 6-powierzchnia odbijająca

Polaryzacja jest praktycznie wykorzystywana w

wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD). Ciekły

kryształ, do którego przyłożono napięcie elektryczne,

powoduje zmianę płaszczyzny polaryzacji

przechodzącego przez niego światła. Jeżeli połączony

zostanie szereg ciekłych kryształów oddziałujących z

różnymi długościami promieniowania, to można w ten

sposób uzyskać obraz kolorowy. Zmiana polaryzacji

światła odnosi się tylko do promieni biegnących

prostopadle do płaszczyzny ekranu. W efekcie obraz z

wyświetlacza LCD staje się niewyraźny, gdy patrzy się

na niego z boku. Ludzkie oko nie dostrzega polaryzacji

i dlatego ekran może zawierać filtry polaryzacyjne.

Polaryzacja fali

9

Projektory obrazu trójwymiarowego

Kolejnym praktycznym wykorzystaniem zjawiska polaryzacji jest technika projekcji na dużym ekranie dla wielu

widzów jednocześnie, stosowana m.in. w kinach IMAX.

Kamera IMAX posiada dwa obiektywy i rejestruje równocześnie dwa obrazy. Ich osie optyczne są przesunięte

względem siebie o odległość zbliżoną do rozstawu ludzkich oczu (lub inną odległość w przypadku efektów

specjalnych).

Projektor także jest podwójny. Równocześnie wyświetlane są dwa obrazy, każdy z nich przez swój obiektyw,

wyposażony w filtr polaryzacyjny. Jeden filtr obrócony jest względem drugiego o 90° (tradycyjny układ płaszczyzn

polaryzacji "V" zastąpiono w systemie IMAX układem "L").

Widz zakłada specjalne okulary wyposażone w filtry polaryzacyjne. Płaszczyzny polaryzacji w okularze lewym i

prawym są ustawione analogicznie do filtrów w projektorze, dzięki czemu do każdego oka widza dociera tylko

jeden, przeznaczony dla niego obraz. W efekcie jedno oko widzi film wyświetlany przez lewy projektor, a drugie

przez prawy i do mózgu widza dociera taki sam obraz, jak gdyby osobiście znajdował się na planie filmowym.

Zdolność człowieka do widzenia stereoskopowego powoduje, że pojawia się wrażenie głębi. Ekran stanowi jakby

okno, przez które widoczna jest sfilmowana scena, przy czym pewne obiekty mogą "wychodzić" przed ekran,

powodując szczególnie silne i niecodzienne odczucia.

Filtr polaryzacyjny jest używany w kinie IMAX, bo ma małą masę i nie utrudnia oglądania pokazu filmowego.

Defektoskopia

Jeżeli jakiś przezroczysty materiał jest anizotropowy, to często powoduje zmiany polaryzacji przechodzącego przez

niego światła. Jest tak w przypadku kryształów, jednak źródłem anizotropii może być również występowanie

naprężeń wewnątrz materiału. Zjawisko to można wykorzystać w defektoskopii (wczesnym wykrywaniu uszkodzeń

maszyn). Inne zastosowanie to badanie prototypów. Model części urządzenia wykonany z przezroczystego materiału

i może zostać poddany próbom wytrzymałościowym. Odpowiedni układ optyczny pozwala na obserwację

charakterystycznych prążków wyznaczających linie naprężeń wewnątrz materiału. Technikę tę wykorzystuje się w

elastooptyce.

Mikroskop polaryzacyjny

Zdjęcie tekstury ciekłego kryształu

Para dwóch filtrów polaryzacyjnych jest podstawą działania tych

mikroskopów. Korzystając z własności światła spolaryzowanego

wytwarzanego przez różne kryształy możliwe jest rozróżnianie ich

rodzajów. Mineralodzy korzystają z mikroskopów polaryzacyjnych, w

których poszczególne ziarna kryształów mienią się różnymi kolorami.

Obserwacja wielobarwnych tekstur tworzonych w mikroskopie

polaryzacyjnym przez ciekłe kryształy umożliwia szybkie ustalenie ich

rodzaju. Niektóre roztwory związków chemicznych posiadających tzw.

aktywność optyczną mają zdolność do zmiany płaszczyzny polaryzacji

przechodzącego przez nie światła. Można to wykorzystać do

oznaczenia stężenia związku w próbce, a także ustalenia ich tzw. czystości optycznej.

Polaryzacja fali

10

Radioastronomia i radary

Spolaryzowane liniowo wiązki fal radiowych wykorzystywane są w technice radarowej. W radioastronomii

obserwacja polaryzacji światła pozwala określić, czy zostało ono rozproszone przed dotarciem do teleskopu.

Zoologia

Niektóre zwierzęta mają zdolność do postrzegania polaryzacji światła. Wykorzystują ją do określania kierunku w

przestrzeni. Płaszczyzna liniowej polaryzacji światła rozproszonego przez atmosferę (niebo) jest prostopadła do

kierunku, z którego świeci Słońce. Z tej własności światła korzystają niektóre owady, m.in. pszczoły. Mózg pszczoły

rejestruje odległość oraz azymut względem Słońca na trasie jaką pokonuje ona wracając z nektarem do gniazda. W

środku owad rozpoczyna specjalny taniec, którym przekazuje te informacje innym pszczołom, dzięki czemu mogą

one łatwo odnaleźć bogate źródło pożywienia.

Polaryzacja jest postrzegana także przez ośmiornice, kałamarnice oraz mątwy. Zwierzęta te wykorzystują

spolaryzowane światło do komunikacji. Ich ciała pokrywają wzory widoczne tylko przez filtry polaryzacyjne.

Niektóre głowonogi mają też zdolność do dynamicznych zmian tych wzorów. W ten sposób mogą przekazywać

sobie sygnały godowe lub odstraszać napastników.

Polaryzacja światła jest widoczna również dla oczu ptaków. Oprócz nawigacji ptaki używają uzyskane w ten sposób

informacje do poszukiwania prądów wznoszących, pozwalających im na szybowanie bez wydatkowania energii.

Bibliografia

• Principles of Optics, M. Born & E. Wolf, Cambridge University Press, 7th edition 1999, ISBN 0-521-64222-1

• Fundamentals of polarized light : a statistical optics approach, C. Brosseau, Wiley, 1998, ISBN 0-471-14302-2

• Polarized Light, Production and Use, William A. Shurcliff, Harvard University Press, 1962.

• Optics, Eugene Hecht, Addison Wesley, 4th edition 2002, hardcover, ISBN 0-8053-8566-5

• Polarised Light in Science and Nature, D. Pye, Institute of Physics Publishing, 2001, ISBN 0-7503-0673-4

• Polarized Light in Nature, G. P. Können, Translated by G. A. Beerling, Cambridge University Press, 1985,

hardcover, ISBN 0-521-25862-6

• Berklejowski kurs fizyki tom Fale, F. C. Crawford, PWN, Warszawa, tłumaczenie z Berkeley Physics Coursee –

Volume 3 Waves

• Fizyka dla studentów nauk przyrodniczych Tom 2, D. Halliday i R. Resnick, PWN, Warszawa

Zobacz też

• macierz Jonesa

• prawo Malusa

• równania Fresnela

Linki zewnętrzne (ang.)

• Światło spolaryzowane w naturze i technologii www.polarization.com

[1]

• Galeria obrazów uzyskanych z pomocą filtrów polaryzacyjnych

[2]

• Relacja pomiędzy spinem fotonu oraz polaryzacją

[3]

• Wirtualny mikroskop polaryzacyjny

[4]

Polaryzacja fali

11

Przypisy

[1] http:/

/

www.

polarization.

com/

[2] http:/

/

micro.

magnet.

fsu.

edu/

primer/

techniques/

polarized/

gallery/

index.

html

[3] http:/

/

www.

mathpages.

com/

rr/

s9-04/

9-04.

htm

[4] http:/

/

gerdbreitenbach.

de/

crystal/

crystal.

html

Źródła i autorzy artykułu

12

Źródła i autorzy artykułu

Polaryzacja fali  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=21486451  Autorzy: 4C, Bor3d, Briho, Butcho, C41n, Chrumps, Decha, Karamba, Kazik144, Krzyp, LukKot, Luke 33,
MAC13, Masur, Mmzpa, Mpfiz, Mwielgus, Nurni, OTB, Olaf, Panterka, Paradox, Paweł ze Szczecina, Polimerek, Przykuta, Rabidmoon, Reytan, Rogra, RomanXNS, Roo72, Sfu, Smat, Stepa,
Stok, Sunridin, Superborsuk, ToSter, Tommy Boy, Winiar, Wpedzich, Yenidai, Zureks, 37 anonimowych edycji

Źródła, licencje i autorzy grafik

Plik:Polarisation (Linear).svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Polarisation_(Linear).svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: inductiveload

Plik:Polarisation (Circular).svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Polarisation_(Circular).svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: inductiveload

Plik:Polarisation_(Elliptical).svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Polarisation_(Elliptical).svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: User:Inductiveload

Plik:Polarisation ellipse2.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Polarisation_ellipse2.svg  Licencja: Public Domain  Autorzy: User:Inductiveload

Plik:Polaryzacja odbicie.svg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Polaryzacja_odbicie.svg  Licencja: nieznany  Autorzy: Original uploader was Superborsuk at pl.wikipedia

Plik:Animation polariseur 2.gif  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Animation_polariseur_2.gif  Licencja: Public Domain  Autorzy: User:Waugsberg

Plik:Polarizer comparison2.jpg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Polarizer_comparison2.jpg  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: Briho

Plik:Lcd layers.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Lcd_layers.png  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: User:Ed g2s

Plik:Shilirren texture.jpg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Shilirren_texture.jpg  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: NEON ja, Plugwash, Polimerek, 1
anonimowych edycji

Licencja

Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http:/

/

creativecommons.

org/

licenses/

by-sa/

3.

0/