استقطاب الضوء
يصف الاستقطاب اتجاه المجال الكهربائي المتذبذب للضوء، وهو نتيجة لطبيعته الموجية المستعرضة مع استخدام عملي واسع النطاق.
Definition
خاصية الموجة الكهرومغناطيسية المستعرضة التي تحدد اتجاه ودوران متجه مجالها الكهربائي، وتتراوح من الحالات الخطية عبر الاهليلجية إلى الدائرية.
Scope
يتناول هذا المجال الطبيعة المتجهة للضوء: الاتجاه الذي يتذبذب فيه مجاله الكهربائي. ويغطي حالات الاستقطاب الخطي والدائري والاهليلجي ووصفها الرياضي بواسطة صيغ جونز وستوكس-مولر؛ وإنتاج وتحليل الضوء المستقطب بواسطة المستقطبات والألواح الموجية؛ وتفاعل الضوء المستقطب مع الأوساط المتباينة الخواص (ذات الانكسار المزدوج) والنشطة بصريًا؛ وتغيرات الاستقطاب التي تصاحب الانعكاس والانكسار كما تصفها معادلات فرينل. ويشرح الظواهر البصرية التي تعتمد على اتجاه المجال ويشكل أساسًا لمجموعة واسعة من الأجهزة والقياسات.
Sub-topics
Core questions
- ماذا يعني أن يكون الضوء مستقطبًا خطيًا أو دائريًا أو اهليلجيًا؟
- كيف يتم إنتاج الضوء المستقطب وتحويله وتحليله؟
- كيف تغير الأوساط المتباينة الخواص استقطاب الضوء؟
- كيف يغير الانعكاس استقطاب الضوء؟
Key concepts
- الاستقطاب الخطي
- الاستقطاب الدائري
- الاستقطاب الاهليلجي
- متجه جونز
- معاملات ستوكس
- الانكسار المزدوج
- زاوية بروستر
- النشاط البصري
Key theories
- حالات الاستقطاب وحساب جونز
- يُوصَف المجال الكهربائي المستعرض للضوء المستقطب بالكامل بواسطة متجه جونز ذي المكونين، وتعمل العناصر البصرية كمصفوفات جونز، مما يوفر جبرًا مدمجًا للتنبؤ بكيفية تحويل الاستقطاب.
- وصف ستوكس-مولر للاستقطاب الجزئي
- يُوصَف الضوء المستقطب جزئيًا وغير المستقطب بواسطة أربعة معاملات ستوكس قابلة للقياس، مع تمثيل العناصر البصرية بمصفوفات مولر، مما يوسع تحليل الاستقطاب ليشمل الحالات غير المتماسكة والمزيلة للاستقطاب.
- معادلات فرينل للانعكاس
- تعتمد سعات الموجات المنعكسة والمنقولة على الاستقطاب وزاوية السقوط من خلال معادلات فرينل، متنبئةً بتأثيرات مثل زاوية بروستر التي يكون عندها الضوء المنعكس مستقطبًا بالكامل.
Clinical relevance
يُستغل الاستقطاب في المجهر الضوئي المستقطب لتحديد البلورات ذات الانكسار المزدوج مثل اليورات في النقرس، وفي قياس الاستقطاب لقياس الجلوكوز والمواد المذابة النشطة بصريًا الأخرى، وفي شاشات العرض البلورية السائلة والتصوير المقطعي البصري التوافقي الحساس للاستقطاب للأنسجة.
History
اكتشف مالوس استقطاب الضوء بالانعكاس عام 1808، وحدد بروستر الزاوية التي يكون عندها الضوء المنعكس مستقطبًا تمامًا. فسرت نظرية الموجة المستعرضة لفرينل في عشرينيات القرن التاسع عشر الاستقطاب والانكسار المزدوج، بينما قدم ستوكس معاملاته عام 1852 لوصف الضوء المستقطب جزئيًا.
Key figures
- Étienne-Louis Malus
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- George Gabriel Stokes
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- لماذا يمكن للنظارات الشمسية المستقطبة أن تقلل الوهج؟
- الضوء المنعكس من الأسطح الأفقية مثل الماء أو الطرق يكون مستقطبًا أفقيًا جزئيًا؛ تحجب النظارات الشمسية ذات محور الإرسال الرأسي الكثير من هذا الوهج المستقطب بينما تسمح بمرور الضوء الآخر.
- هل الضوء العادي من الشمس أو المصباح مستقطب؟
- لا؛ تبعث المصادر الحرارية الضوء باتجاهات مجال متغيرة بسرعة وعشوائية، لذا فإن الضوء يكون غير مستقطب حتى يتم ترشيحه أو انعكاسه أو تشتيته بطريقة تختار اتجاهًا معينًا.