Světlo III: Polarizace světa

V předchozích dílech seriálu jsme se dozvěděli, co je světlo. V tomto díle si vystačíme pouze s vlnovou povahou světla.

Pokud se mám šíří světlo, víme, že o jeho směru rozhoduje vektor elektrické intenzity E a vektor magnetické indukce B. Tyto vektory jsou na sebe vždy kolmé a směr šíření světla je na oba tyto vektory také kolmý. Vlastnost, která popisuje právě velikost a směr kmitání těchto vektorů, říkáme polarizace světla. V běžném světle směřují vektory E a B do všech směru s různou velikostí (tzv. nepolarizované světlo). Nejobecnější polarizaci říkáme eliptická polarizace, kde vektory opisují tvar elipsy. Již méně obecná polarizace je kruhová (viz. obrázek 1), kde vektory E a B opisují kružnici. Pro aplikace nejdůležitější polarizací je polarizace lineární, kde vektor E a B kmitá pouze v jednom směru.

Rozdíl mezi polarizovaným a nepolarizovaným světlem okem rozpoznat nemůžeme. Lidské oko se nejčastěji setkávalo s nepolarizovaným světlem, a proto tuto schopnost rozlišení nemá. Vyrobit polarizované světlo lze hned několika způsoby.

Polarizace odrazem a lomem: Při dopadu na rozhraní s různými indexy lomu (pozn. index lomu je charakteristika prostředí s označením n, a vyjadřuje poměr rychlosti světla, ku rychlosti v daném prostředí), kde podle Fermatova principu platí známí Snellův zákon

může pro určitý úhel α (tzv. Brewsterův úhel dopadu) nastat polarizace odraženého světla (viz obrázek 2). Dopadá-li nepolarizovaná vlna, kde tečky a čárky na obrázku naznačují polarizaci, a pokud úhel mezi dopadajícím a odraženým paprskem svírá úhel 90°, dochází k zmiňované lineární polarizaci. Po dosazení do Snellova vztahu nám vyjde vztah pro Brewsterův úhel

Polarizace dvojlomem: U anizotropních látek je rychlost světla závislá na směru jeho šíření. V důsledku toho nastává u anizotropních krystalů tzv. dvojlom. Světelný paprsek se na rozhraní rozdělí na paprsky dva paprsek řádný - splňuje Snellův zákon a na paprsek mimořádný - vzniká v důsledku anizotropie krystalu. Oba paprsky jsou lineárně polarizované, ale vektory E a B kmitají v rovinách vzájemně kolmých. Nejčastěji se jako anizotropní materiál používá islandský vápenec. V praxi tyto paprsky od sebe oddělíme tak, že daný materiál rozřízneme a mezi oběma částmi se nechá malá štěrbina. Na vzduchové vrstvě v této štěrbině pak dochází k totálnímu odrazu řádného paprsku a odchýlí se tedy více od směru paprsku mimořádného.

Polarizace polaroidem: Tato metoda se v praxi používá nejčastěji. Využívá speciální filtry tzv. polaroidy. Ty jsou nejčastěji vyrobeny z dvou vrstev materiálu (plastického) mezi nimiž je látka zvaná herapatit (síran chinin, kys. sírová, kys. jodovodíková a jod). Tato látka způsobuje také dvojlom a při vhodném uspořádání krystalu pak z polaroidu vychází pouze lineárně polarizované světlo.

Zařízení, které z nepolarizovaného světla (nejčastěji polaroid), říkáme polarizátor. Jak již jsme řekli, aby naše oko poznalo, že jde o polarizované světlo, resp. zjistilo orientaci roviny v níž světelná vlna kmitá, je potřeba analyzátor (viz. obrázek 3). Analyzátoru je v podstatě další polaroid, u kterého známe orientaci propouštěného světla. Pokud je tento analyzátor v souhlasné rovině jako polarizované světlo, je zcela průsvitný. Ovšem obyčejným pootočením se stává neprůhledným. Vysvětlení je jednoduše pochopitelné z obrázku 4 ab.

Polarizace světla má v dnešní technice a věde podstatnou roli. Hlavním důvodem je dobře definovaný vektor elektrické intenzity. Například LCD monitory jsou založené na natáčení polarizovaného světla pomocí tyčinkových krystalů.

jméno (povinné)

e-mail (nebude zveřejněn) (povinné)

web