โพลาไรเซชันของแสง
โพลาไรเซชันอธิบายทิศทางการสั่นของสนามไฟฟ้าของแสง ซึ่งเป็นผลมาจากลักษณะคลื่นตามขวางที่มีประโยชน์อย่างกว้างขวางในทางปฏิบัติ
Definition
คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวางที่ระบุทิศทางและการหมุนของเวกเตอร์สนามไฟฟ้า ตั้งแต่สถานะเชิงเส้นไปจนถึงวงรีและวงกลม
Scope
สาขาวิชานี้กล่าวถึงลักษณะเวกเตอร์ของแสง: ทิศทางที่สนามไฟฟ้าของแสงสั่น ครอบคลุมสถานะโพลาไรเซชันเชิงเส้น วงกลม และวงรี รวมถึงการอธิบายทางคณิตศาสตร์ด้วยรูปแบบของโจนส์และสโตกส์-มุลเลอร์ การผลิตและการวิเคราะห์แสงโพลาไรซ์โดยใช้โพลาไรเซอร์และแผ่นคลื่น ปฏิสัมพันธ์ของแสงโพลาไรซ์กับตัวกลางที่ไม่เป็นไอโซทรอปิก (การหักเหสองแนว) และตัวกลางที่มีกิจกรรมทางแสง และการเปลี่ยนแปลงโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นพร้อมกับการสะท้อนและการหักเหตามที่อธิบายโดยสมการของเฟรสเนล อธิบายปรากฏการณ์ทางแสงที่ขึ้นอยู่กับทิศทางของสนาม และเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์และการวัดที่หลากหลาย
Sub-topics
Core questions
- แสงโพลาไรซ์เชิงเส้น วงกลม หรือวงรี หมายความว่าอย่างไร?
- แสงโพลาไรซ์ถูกผลิต เปลี่ยนแปลง และวิเคราะห์ได้อย่างไร?
- ตัวกลางที่ไม่เป็นไอโซทรอปิกเปลี่ยนแปลงโพลาไรเซชันของแสงได้อย่างไร?
- การสะท้อนเปลี่ยนแปลงโพลาไรเซชันของแสงได้อย่างไร?
Key concepts
- โพลาไรเซชันเชิงเส้น
- โพลาไรเซชันแบบวงกลม
- โพลาไรเซชันแบบวงรี
- เวกเตอร์โจนส์
- พารามิเตอร์สโตกส์
- การหักเหสองแนว
- มุมบรูว์สเตอร์
- กิจกรรมทางแสง
Key theories
- สถานะโพลาไรเซชันและการคำนวณของโจนส์
- สนามไฟฟ้าตามขวางของแสงที่โพลาไรซ์สมบูรณ์จะถูกอธิบายด้วยเวกเตอร์โจนส์สององค์ประกอบ และองค์ประกอบทางแสงทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์โจนส์ ซึ่งให้พีชคณิตที่กระชับสำหรับการทำนายว่าโพลาไรเซชันถูกแปลงอย่างไร
- การอธิบายโพลาไรเซชันบางส่วนของสโตกส์-มุลเลอร์
- แสงที่โพลาไรซ์บางส่วนและแสงที่ไม่โพลาไรซ์จะถูกอธิบายด้วยพารามิเตอร์สโตกส์สี่ตัวที่สามารถวัดได้ โดยมีองค์ประกอบทางแสงที่แสดงด้วยเมทริกซ์มุลเลอร์ ซึ่งขยายการวิเคราะห์โพลาไรเซชันไปยังสถานการณ์ที่ไม่ต่อเนื่องและสถานการณ์ที่ทำให้เกิดการลดโพลาไรเซชัน
- สมการของเฟรสเนลสำหรับการสะท้อน
- แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนและคลื่นส่งผ่านขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชันและมุมตกกระทบผ่านสมการของเฟรสเนล ซึ่งทำนายผลกระทบต่างๆ เช่น มุมบรูว์สเตอร์ที่แสงสะท้อนเกิดโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์
Clinical relevance
โพลาไรเซชันถูกนำมาใช้ประโยชน์ในกล้องจุลทรรศน์แสงโพลาไรซ์เพื่อระบุผลึกที่มีการหักเหสองแนว เช่น ยูเรตในโรคเกาต์ ในเครื่องวัดโพลาไรมิเตอร์สำหรับการวัดกลูโคสและสารละลายที่มีกิจกรรมทางแสงอื่นๆ และในจอแสดงผลคริสตัลเหลวและการถ่ายภาพรังสีส่วนตัดขวางแบบใช้แสงที่ไวต่อโพลาไรเซชันของเนื้อเยื่อ
History
มาลุสค้นพบโพลาไรเซชันของแสงโดยการสะท้อนในปี 1808 และบรูว์สเตอร์ระบุมุมที่แสงสะท้อนเกิดโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์ ทฤษฎีคลื่นตามขวางของเฟรสเนลในช่วงทศวรรษ 1820 อธิบายโพลาไรเซชันและการหักเหสองแนว ในขณะที่สโตกส์นำเสนอพารามิเตอร์ของเขาในปี 1852 เพื่ออธิบายแสงที่โพลาไรซ์บางส่วน
Key figures
- Étienne-Louis Malus
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- George Gabriel Stokes
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- ทำไมแว่นกันแดดโพลาไรซ์จึงสามารถลดแสงจ้าได้?
- แสงที่สะท้อนจากพื้นผิวแนวนอน เช่น น้ำหรือถนน จะเป็นโพลาไรซ์ในแนวนอนบางส่วน แว่นกันแดดที่มีแกนส่งผ่านในแนวตั้งจะช่วยกั้นแสงจ้าที่โพลาไรซ์ส่วนใหญ่นั้นในขณะที่ยอมให้แสงอื่นๆ ผ่านไปได้
- แสงธรรมดาจากดวงอาทิตย์หรือหลอดไฟเป็นโพลาไรซ์หรือไม่?
- ไม่ แหล่งกำเนิดความร้อนจะปล่อยแสงที่มีทิศทางสนามที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและสุ่ม ดังนั้นแสงจึงไม่โพลาไรซ์จนกว่าจะถูกกรอง สะท้อน หรือกระเจิงในลักษณะที่เลือกทิศทางเฉพาะ