lumière polarisée et naturel. contrairement à la lumière polarisée naturelle

Les vagues sont de deux types. La perturbation vibratoire longitudinal parallèle à leur direction de propagation. Un exemple est le passage du son dans l'air. des ondes transversales se composent de troubles qui sont à un angle de 90 ° par rapport à la direction de déplacement. Par exemple, l'onde qui passe horizontalement à travers la masse d'eau provoque des vibrations verticales à sa surface.

La découverte de

Un certain nombre d'effets optiques mystérieux observés au milieu du XVIIe siècle, a été expliqué, lorsque la lumière polarisée et naturelle a commencé à être considéré comme un phénomène d'onde et la direction de ses vibrations ont été découverts. La première que l'on appelle l'effet de polarisation a été découvert par le médecin danois Erasmus Bartholin en 1669. Scientific observe la double réfraction ou biréfringence en spath d'Islande ou de calcium (sous forme de cristaux de carbonate de calcium). Lorsque la lumière passe à travers un cristal de calcite se divise, en produisant deux images sont décalées par rapport à l'autre.

Newton connaître ce phénomène et suggère que peut-être corpuscules de lumière ont une asymétrie ou « à sens unique », qui pourrait être la cause de la formation de deux images. Huygens, un contemporain de Newton a pu expliquer sa théorie de la double réfraction des ondes élémentaires, mais il ne comprenait pas le vrai sens de l'effet. Biréfringence est restée un mystère jusqu'à ce que Thomas Young et le physicien français Augustin-Zhan Frenel ne laisse pas entendre que les ondes lumineuses sont transversales. Une idée simple a permis d'expliquer ce que polarisé et naturel lumière. Cette offre un cadre naturel et simple pour l' analyse des effets de polarisation.

La biréfringence est causée par une combinaison de deux polarisations orthogonales, dont chacune a sa vitesse de l'onde. En raison de la différence de vitesse des deux composants ont des indices de réfraction, et par conséquent, ils sont réfractés différemment à travers le matériau, produisant deux images.

lumière polarisée et naturelle: théorie de Maxwell

Fresnel a rapidement développé un modèle global d'ondes transversales, qui a conduit à la biréfringence et un certain nombre d'autres effets optiques. Quarante ans plus tard, l'électromagnétique théorie de Maxwell explique avec élégance la nature transversale de la lumière.

Les ondes électromagnétiques Maxwell composées de champs électriques et magnétiques perpendiculaires à la direction du mouvement oscillant. Les champs sont à un angle de 90 ° par rapport à l'autre. En ce cas, la direction de propagation des champs électriques et magnétiques forment un système de coordonnées à droite. Pour une onde à la fréquence f et λ la longueur (ils concernent la dépendance λf = C), qui se déplace dans la direction x positive, les champs sont décrites mathématiquement:

• E (x, t) = E ₀ cos (2 π x / λ – 2 tc ft) y ^;
• B (x, t) = B ₀ cos (2 π x / λ – 2 π ft) z ^.

Les équations montrent que les champs électriques et magnétiques sont en phase avec l'autre. À un moment donné, ils atteignent simultanément leur valeur maximale , dans un espace égal à E ₀ et B _0. Ces amplitudes ne sont pas indépendantes. Les équations de Maxwell révèlent que E ₀ = cB ₀ pour toutes les ondes électromagnétiques sous vide.

la direction de polarisation

Dans la description de l'orientation des champs magnétiques et électriques des ondes lumineuses sont généralement seulement indiquer la direction du champ électrique. Le vecteur de champ magnétique est déterminée par l'exigence de champs de perpendicularité et de leur perpendicularité de la direction de déplacement. La lumière naturelle polarisée linéairement et est caractérisé en ce que dans le dernier champ oscillent dans des directions fixes du mouvement de la vague.

Il existe d'autres états de polarisation possibles. Dans le cas de vecteurs circulaires des champs électriques et magnétiques sont entraînés en rotation par rapport à la direction de propagation à amplitude constante. la lumière polarisée elliptiquement se trouve dans une position intermédiaire entre le linéaire et polarisations circulaires.

lumière non polarisée

Des atomes sur la surface d'un filament chauffé, qui génèrent le rayonnement électromagnétique, sont, indépendamment l'un de l'autre. Chaque rayonnement peut être approximativement modélisé comme trains de courte durée de 10 ^-9 à 10 ^-8 secondes. Les ondes électromagnétiques du filament, est une superposition de ces trains, dont chacun a sa propre direction de polarisation. Montant orienté au hasard des trains forme le vecteur de polarisation d'onde qui varie rapidement et de façon erratique. Une telle onde est appelée non polarisée. Toutes les sources de lumière naturelle, y compris le soleil, les lampes à incandescence, les lampes fluorescentes et les flammes, produisent un tel rayonnement. Cependant, la lumière naturelle est souvent polarisée partiellement due à la diffusion multiple et de réflexion.

Ainsi, la différence de la lumière polarisée naturelle consiste dans le fait que, dans les premières oscillations se produisent dans un plan.

Les sources de rayonnement polarisé

La lumière polarisée peut être produite lorsqu'il est déterminé l'orientation spatiale. Un exemple est le rayonnement synchrotron, dans lequel les particules chargées de haute énergie se déplaçant dans un champ magnétique et émettre une onde électromagnétique polarisée. Il y a beaucoup de sources astronomiques bien connues qui émettent de la lumière naturelle polarisée. Ceux-ci comprennent des nébuleuses, les restes de supernova, et les noyaux galactiques actifs. polarisation du rayonnement cosmique est étudiée afin de déterminer les propriétés de ses sources.

filtre polaroïd

la lumière polarisée et naturel sont séparés en passant par un certain nombre de matériaux, dont le plus commun est le polaroid, créé par le physicien américain Edwin Land. Le filtre est constitué de longues chaînes de molécules d'hydrocarbures orientées dans une direction par le procédé de traitement thermique. Molécule d'absorber sélectivement les rayonnements, le champ électrique est parallèle à leur orientation. La lumière sortant du polariseur est polarisée linéairement. Son champ électrique perpendiculaire à la direction d'orientation moléculaire. Polaroid a trouvé une application dans de nombreux domaines, y compris des lunettes de soleil et les filtres qui réduisent l'effet de la lumière réfléchie et diffusée.

La lumière naturelle et polarisée: la loi de Malus

En 1808, le physicien Etienne Louis Malus a constaté que la lumière réfléchie par les surfaces non métalliques, partiellement polarisée. L'ampleur de cet effet dépend de l'angle d'incidence et l'indice de réfraction du matériau réfléchissant. Dans l'un des cas extrêmes, lorsque la tangente de l'angle d'incidence dans l'air est égale à l'indice de réfraction de la matière réfléchissante, la lumière réfléchie devient complètement polarisée linéairement. Ce phénomène est connu comme la loi de Brewster (du nom de son découvreur, le physicien écossais David Brewster). La direction de polarisation parallèle à la surface réfléchissante. Étant donné que l'éblouissement fluorescent se produisent généralement lors de la réflexion à partir des surfaces horizontales telles que les routes et les filtres à eau sont communément utilisés dans des lunettes de soleil pour rester la lumière polarisée horizontalement et donc éliminer sélectivement les reflets de la lumière.

diffusion Rayleigh

Diffusion de la lumière par des objets très petits dont les dimensions sont beaucoup plus petites que la longueur d'onde (la soi-disant diffusion Rayleigh après le savant anglais Lord Rayleigh), crée également une polarisation partielle. Lorsque la lumière du soleil passe à travers l'atmosphère de la terre, elle est dispersée par les molécules d'air. Terre et atteint la lumière naturelle diffusée polarisée. Le degré de polarisation est fonction de l'angle de diffusion. Étant donné que l'homme ne fait pas la distinction entre la lumière naturelle et polarisée, cet effet passe généralement inaperçu. Néanmoins, les yeux de nombreux insectes réagissent à lui, et ils utilisent la polarisation relative du rayonnement diffusé comme outil de navigation. caméra filtre normal qui est utilisé pour réduire le rayonnement de fond dans la lumière du soleil, est un simple polariseur linéaire qui sépare la lumière polarisée et Rayleigh naturelle.

matériaux anisotropes

des effets de polarisation sont observés dans les substances optiquement anisotropes (dans lequel l'indice de réfraction varie avec la direction de polarisation), tel qu'un cristal biréfringent, certaines structures biologiques et des matériaux optiquement actifs. Les applications technologiques comprennent des microscopes polarisants, écrans à cristaux liquides et instruments optiques utilisés pour la recherche sur les matériaux.