A hullámok kétféle formában vannak.Terjedési irányukkal párhuzamos hosszanti rezgési zavarok esetén. Példa erre a hang áthaladása a levegőben. A keresztirányú hullámok olyan zavarokból állnak, amelyek a mozgás irányához képest 90 ° szöget zárnak be. Tehát például egy víztömegben vízszintesen áthaladó hullám függőleges rezgéseket okoz a felületén.
Titokzatos optikai effektusok sorozata, amelyet aA 17. század közepét magyarázták, amikor a polarizált és a természetes fényt hullám jelenségnek tekintik, és felfedezték annak rezgéseinek irányát. Az első úgynevezett polarizációs hatást Erasmus Bartolin dán orvos fedezte fel 1669-ben. A tudós kettős fénytörést vagy kettős törést észlelt izlandi spárban vagy kalcitban (a kalcium-karbonát kristályos formájában). Amikor a fény áthalad a kalciton, a kristály elválasztja azt, és két képet állít elő, amelyek egymástól eltolódnak.
Newton tisztában volt ezzel a jelenséggel, és azt javasolta,Lehet, hogy a fénytestek aszimmetrikusak vagy „egyoldalak”, ami ok lehet két kép kialakulására. Huygens, Newton kortársa meg tudta magyarázni a kettős refrakciót az elemi hullámok elméletével, de nem értette a hatás valódi jelentését. A kettős törés rejtély maradt, amíg Thomas Jung és a francia fizikus, Augustin-Jean-Fresnel nem javasolta, hogy a fényhullámok keresztirányúak legyenek. Egy egyszerű ötlet lehetővé tette annak magyarázatát, hogy mi a polarizált és a természetes fény. Ez természetes és bonyolult alapot adott a polarizációs hatások elemzéséhez.
Kettős törés a két kombináció miattmerőleges polarizációk, amelyek mindegyikének megvan a saját hullámsebessége. A sebességbeli különbség miatt a két alkotóelem eltérő törésmutatóval bír, ezért az anyagon keresztül eltérően refraktálódnak, és két képet hoznak létre.
A Fresnel gyorsan kidolgozott egy átfogó modelltkeresztirányú hullámok, amelyek kettős töréshez és számos más optikai effektushoz vezettek. Negyven évvel később Maxwell elektromágneses elmélete elegánsan magyarázta a fény keresztirányú természetét.
Maxwell elektromágneses hullámai alkotjáka mozgás irányára merőlegesen rezgő mágneses és elektromos mezők. A mezők egymáshoz képest 90 ° szögben vannak. Ebben az esetben a mágneses és az elektromos mező terjedési irányai képezik a megfelelő koordinátarendszert. Egy frekvenciájú hullámhoz f és λ hosszúság (egymással összefüggésben vannak) λf = s), amely pozitív x irányban mozog, a mezőket matematikailag írják le:
Az egyenletek azt mutatják, hogy az elektromos és a mágneses mező fázisban van. Bármely adott pillanatban egyidejűleg elérik az E-vel megegyező maximális értéket a térben0 és B0. Ezek az amplitúdók nem függetlenek. Maxwell egyenletei azt mutatják, hogy E0 = cB0 minden vákuumban lévő elektromágneses hullámra.
A mágneses és elektromos tájolásának leírásaA fényhullámok mezői általában csak az elektromos mező irányát jelzik. A mágneses mező vektorát a mezők merőlegessége és a mozgás irányára merőleges követelmény határozza meg. A természetes és lineárisan polarizált fényt megkülönbözteti az a tény, hogy az utolsó mezőben a hullám mozgásakor rögzített irányban rezgnek.
Más polarizációs állapotok is előfordulhatnak.Kör alakú vektorok esetén a mágneses és az elektromos mezők állandó amplitúdóval forognak a terjedési irányhoz képest. Az elliptikusan polarizált fény egy köztes helyzetben van a lineáris és a kör alakú polarizációk között.
Атомы на поверхности нагретой нити накаливания, amelyek elektromágneses sugárzást generálnak, egymástól függetlenül járnak el. Mindegyik sugárzás hozzávetőlegesen modellezhető rövid vonatok formájában, 10 időtartamra-9 10-ig-8 másodperc.Az izzólámpa által kibocsátott elektromágneses hullám e vonatok szuperpozíciója, amelyek mindegyikének megvan a saját polarizációs iránya. A véletlenszerűen orientált vonatok összege olyan hullámot képez, amelynek polarizációs vektora gyorsan és véletlenszerűen változik. Egy ilyen hullámot polarizálatlannak hívnak. Minden természetes fényforrás, beleértve a Napot, az izzólámpákat, a fénycsöveket és a lángot, ilyen sugárzást bocsát ki. A természetes fény azonban részben polarizálódik a többszörös szórás és visszaverődés miatt.
Így a polarizált fény és a természetes fény közötti különbség az, hogy az elsőben a rezgések ugyanabban a síkban fordulnak elő.
Polarizált fény előállíthatóazok a esetek, amikor a térbeli tájolást meghatározzuk. Példa erre a szinkrotron sugárzás, amelyben a nagy energiájú töltésű részecskék egy mágneses mezőben mozognak és polarizált elektromágneses hullámokat bocsátanak ki. Számos ismert csillagászati forrás létezik, amelyek természetesen polarizált fényt bocsátanak ki. Ide tartoznak a ködök, a szupernóva maradványai és az aktív galaktikus magok. A kozmikus sugárzás polarizációját vizsgálják annak forrásainak tulajdonságai érdekében.
A polarizált és a természetes fény el van választvaha egy anyag sorozaton halad át, amelyek közül a leggyakoribb az amerikai fizikus, Edwin Land által létrehozott polaroid. A szűrő hosszú szénhidrogén molekulákból áll, amelyek hőkezelési eljárással egy irányba vannak orientálva. A molekulák szelektíven abszorbeálnak olyan sugárzást, amelynek elektromos tere párhuzamos a tájolással. A polaroidból kilépő fény lineárisan polarizált. Elektromos tere merőleges a molekulák tájolására. A Polaroid számos területen alkalmazható, ideértve a napszemüveget és a szűrőket is, amelyek csökkentik a visszavert és szórt fény hatását.
Etienne-Louis Malus fizikus 1808-ban fedezte fel ezta nem fém felületektől visszatükröződő fény részlegesen polarizált. Ennek a hatásnak a mértéke a beesési szögtől és a fényvisszaverő anyag törésmutatójától függ. Egy szélsőséges esetben, amikor a sugárzásnak a levegőben történő esési szögének érintője egyenlő a visszaverő anyag törésmutatójával, a visszavert fény teljesen lineárisan polarizálódik. Ezt a jelenséget Brewster törvényének nevezik (felfedezőjének, a skót fizikusnak, David Brewsternek nevezték el). A polarizáció iránya párhuzamos a fényvisszaverő felülettel. Mivel a napfény fénye általában akkor fordul elő, amikor visszatükröződik a vízszintes felületekről, például az utakról és a vízről, napszemüvegben gyakran használnak szűrőket a vízszintesen polarizált fény eltávolítására, és ezért szelektíven eltávolítani a fényvisszaverődéseket.
Nagyon kis tárgyak fényszórása, méretekamelyek sokkal rövidebbek, mint a hullámhossz (az úgynevezett Rayleigh-szórás az angol tudós, Lord Rayleigh elnevezése alapján), szintén részleges polarizációt hoz létre. Amikor a napsugárzás áthalad a föld légkörén, a légmolekulák szétszórják. A Föld eléri a szórt polarizált és természetes fényt. A polarizáció mértéke a szórási szögtől függ. Mivel az ember nem tesz különbséget a természetes és a polarizált fény között, ez a hatás általában nem veszi észre. Ennek ellenére sok rovar szeme reagál erre, és navigációs eszközként használják a szétszórt sugárzás relatív polarizációját. A hagyományos fényképezőgép szűrője, amely csökkenti a háttér sugárzását erős napsütésben, egy egyszerű lineáris polarizátor, amely elválasztja Rayleigh természetes és polarizált fényét.
A polarizációs hatásokat optikailag figyeljük meganizotrop anyagok (amelyekben a törésmutató a polarizáció irányával változik), például kettős törésű kristályok, egyes biológiai szerkezetek és optikailag aktív anyagok. A technológiai alkalmazások magukban foglalják a polarizáló mikroszkópokat, a folyadékkristályos kijelzőket és az anyagok tanulmányozására használt optikai műszereket.
