Поляризация света
Поляризация описывает ориентацию колеблющегося электрического поля света, что является следствием его поперечной волновой природы и имеет широкое практическое применение.
Definition
Свойство поперечной электромагнитной волны, которое определяет ориентацию и вращение ее вектора электрического поля, варьирующееся от линейного через эллиптическое до кругового состояний.
Scope
Эта область рассматривает векторную природу света: направление, в котором колеблется его электрическое поле. Она охватывает линейные, круговые и эллиптические состояния поляризации и их математическое описание с помощью формализмов Джонса и Стокса-Мюллера; получение и анализ поляризованного света с помощью поляризаторов и волновых пластин; взаимодействие поляризованного света с анизотропными (двулучепреломляющими) и оптически активными средами; а также изменения поляризации, сопровождающие отражение и преломление, описываемые уравнениями Френеля. Она объясняет оптические явления, зависящие от ориентации поля, и лежит в основе широкого спектра устройств и измерений.
Sub-topics
Core questions
- Что означает линейно, циркулярно или эллиптически поляризованный свет?
- Как поляризованный свет генерируется, преобразуется и анализируется?
- Как анизотропные среды изменяют поляризацию света?
- Как отражение изменяет поляризацию света?
Key concepts
- линейная поляризация
- круговая поляризация
- эллиптическая поляризация
- вектор Джонса
- параметры Стокса
- двулучепреломление
- угол Брюстера
- оптическая активность
Key theories
- Состояния поляризации и исчисление Джонса
- Поперечное электрическое поле полностью поляризованного света описывается двухкомпонентным вектором Джонса, а оптические элементы действуют как матрицы Джонса, обеспечивая компактную алгебру для предсказания того, как преобразуется поляризация.
- Описание частичной поляризации Стоксом-Мюллером
- Частично поляризованный и неполяризованный свет описывается четырьмя измеряемыми параметрами Стокса, при этом оптические элементы представлены матрицами Мюллера, что расширяет анализ поляризации на некогерентные и деполяризующие ситуации.
- Уравнения Френеля для отражения
- Амплитуды отраженных и прошедших волн зависят от поляризации и угла падения через уравнения Френеля, предсказывая такие эффекты, как угол Брюстера, при котором отраженный свет полностью поляризован.
Clinical relevance
Поляризация используется в поляризационной микроскопии для идентификации двулучепреломляющих кристаллов, таких как ураты при подагре, в поляриметрии для измерения глюкозы и других оптически активных растворенных веществ, а также в жидкокристаллических дисплеях и поляризационно-чувствительной оптической когерентной томографии тканей.
History
Малюс открыл поляризацию света при отражении в 1808 году, а Брюстер определил угол, при котором отраженный свет полностью поляризован. Теория поперечных волн Френеля в 1820-х годах объяснила поляризацию и двулучепреломление, в то время как Стокс ввел свои параметры в 1852 году для описания частично поляризованного света.
Key figures
- Étienne-Louis Malus
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- George Gabriel Stokes
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- Почему поляризационные солнцезащитные очки могут уменьшать блики?
- Свет, отраженный от горизонтальных поверхностей, таких как вода или дороги, частично горизонтально поляризован; солнцезащитные очки с вертикальной осью пропускания блокируют большую часть этого поляризованного блика, пропуская при этом другой свет.
- Является ли обычный свет от солнца или лампы поляризованным?
- Нет; тепловые источники излучают свет с быстро меняющимися, случайно ориентированными направлениями поля, поэтому свет неполяризован до тех пор, пока он не будет отфильтрован, отражен или рассеян таким образом, чтобы выбрать определенную ориентацию.