Polaryzacja światła

Zjawiska dyfrakcji i interferencji światła świadczą o falowej naturze światła. Na podstawie tych zjawisk nie możemy jednak stwierdzić, czy fale świetlne są falami poprzecznym czy podłużnymi. Odpowiedzi na to pytanie dostarcza nam doświadczenie polaryzacji światła odkryte w roku 1808 przez E. Malusa, a opracowane teoretycznie w roku 1820 przez A. Fresnela.

Słońce lub żarówka, emituje wiele promieni świetlnych. Każdy promień składa się z drgających pól, elektrycznego i magnetycznego. W zwykłym świetle drgania te zachodzą we wszystkich kierunkach. W świetle spolaryzowanym wszystkie promienie drgają w jednej płaszczyźnie. Polaryzację światła można uzyskać przepuszczając światło przez polaryzujący materiał. Przepuszcza on tylko promienie drgające w określonej płaszczyźnie. Odbite światło od gładkiej powierzchni jest częściowo spolaryzowane. Polaryzujące okulary przeciwsłoneczne są zrobione z materiału polaryzującego, co pozwala wyeliminować światło spolaryzowane, a zatem również połyskujące refleksy.

Polaryzacja to własność fali poprzecznej (np. światło). 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 trójwymiarowej przestrzeni, czyli nie odnosi się ona do np. fal morskich. Fale dźwiękowe również nie podlegają zjawisku polaryzacji, bo są falami podłużnymi.

Rodzaje polaryzacji

Umieszczone tutaj ilustracje przedstawiają zmiany wektora pola elektrycznego (niebieski) w czasie oraz jego składowych rzutowanych na dwie prostopadłe osie (czerwony/lewy oraz zielony/prawy) ustawione pod kątem prostym do płaszczyźnie czoła fali. Ilustracje te przedstawiają trzy rodzaje polaryzacji (w załączniku)

Liniowa

Kołowa

Eliptyczna
Przypadek po lewej jest szczególny, ponieważ dwie składowe wektora pola elektrycznego opisują funkcje sinusoidalne o fazach przesuniętych o 180°. W tym przypadku wektor pola elektrycznego zawsze znajduje się w pewnej płaszczyźnie nazywanej płaszczyzną polaryzacji. Jeżeli funkcje opisujące długość obu składowych wektora mają różnice faz równą 0° lub 180°, to fala ma polaryzację liniową. Kierunek polaryzacji zależy od stosunku amplitud funkcji opisujących składowe oraz tego, czy różnica faz wynosi 180° czy 0°.

Przypadek środkowy też jest szczególny. Sinusoidy opisujące prostopadłe składowe wektora są przesunięte dokładnie o 90°, a ich amplitudy są takie same. W efekcie wektor pola elektrycznego zatacza okręgi. Jest to polaryzacja kołowa. W zależności do tego, czy fazy są przesunięte o 90° czy 270°, mówimy o polaryzacji kołowej prawoskrętnej lub polaryzacji kołowej lewoskrętnej. Wynika to z faktu, że wektor może się obracać albo w lewo albo w prawo.

Przypadek po prawej jest najbardziej ogólny. Różnica faz nie jest równa wielokrotności 90°. Koniec wektora pola elektrycznego zatacza elipsy. W takiej sytuacji mówi się o polaryzacji eliptycznej. Efekt jest podobny jak dla złożenia na oscyloskopie dwóch fal sinusoidalnych (jedna na osi X, druga na Y) o różnych fazach oraz amplitudach, w wyniku czego powstają figury Lissajous.