Sự phân cực của ánh sáng
Sự phân cực mô tả định hướng của trường điện dao động của ánh sáng, một hệ quả của bản chất sóng ngang của nó với ứng dụng thực tiễn rộng rãi.
Definition
Tính chất của sóng điện từ ngang xác định hướng và sự quay của vectơ trường điện của nó, từ trạng thái tuyến tính qua elip đến tròn.
Scope
Lĩnh vực này đề cập đến bản chất vectơ của ánh sáng: hướng mà trường điện của nó dao động. Nó bao gồm các trạng thái phân cực tuyến tính, tròn và elip và mô tả toán học của chúng bằng các công thức Jones và Stokes-Mueller; việc tạo ra và phân tích ánh sáng phân cực bằng bộ phân cực và bản sóng; sự tương tác của ánh sáng phân cực với môi trường dị hướng (lưỡng chiết) và quang hoạt; và những thay đổi phân cực đi kèm với sự phản xạ và khúc xạ như được mô tả bởi các phương trình Fresnel. Nó giải thích các hiện tượng quang học phụ thuộc vào định hướng trường và là nền tảng của một loạt các thiết bị và phép đo.
Sub-topics
Core questions
- Ánh sáng phân cực tuyến tính, tròn hoặc elip có nghĩa là gì?
- Ánh sáng phân cực được tạo ra, biến đổi và phân tích như thế nào?
- Môi trường dị hướng làm thay đổi sự phân cực của ánh sáng như thế nào?
- Sự phản xạ làm thay đổi sự phân cực của ánh sáng như thế nào?
Key concepts
- phân cực tuyến tính
- phân cực tròn
- phân cực elip
- vectơ Jones
- tham số Stokes
- lưỡng chiết
- góc Brewster
- hoạt tính quang học
Key theories
- Các trạng thái phân cực và phép tính Jones
- Trường điện ngang của ánh sáng phân cực hoàn toàn được mô tả bằng một vectơ Jones hai thành phần, và các phần tử quang học hoạt động như các ma trận Jones, cung cấp một đại số nhỏ gọn để dự đoán cách sự phân cực được biến đổi.
- Mô tả Stokes-Mueller về phân cực một phần
- Ánh sáng phân cực một phần và không phân cực được mô tả bằng bốn tham số Stokes có thể đo được, với các phần tử quang học được biểu diễn bằng các ma trận Mueller, mở rộng phân tích phân cực cho các tình huống không kết hợp và khử phân cực.
- Các phương trình Fresnel cho phản xạ
- Biên độ của sóng phản xạ và truyền qua phụ thuộc vào sự phân cực và góc tới thông qua các phương trình Fresnel, dự đoán các hiệu ứng như góc Brewster tại đó ánh sáng phản xạ bị phân cực hoàn toàn.
Clinical relevance
Sự phân cực được khai thác trong kính hiển vi ánh sáng phân cực để xác định các tinh thể lưỡng chiết như urat trong bệnh gút, trong phép đo phân cực để đo glucose và các chất tan quang hoạt khác, và trong màn hình tinh thể lỏng và chụp cắt lớp quang học kết hợp nhạy phân cực của mô.
History
Malus đã phát hiện ra sự phân cực của ánh sáng bằng phản xạ vào năm 1808, và Brewster đã xác định góc mà ánh sáng phản xạ bị phân cực hoàn toàn. Lý thuyết sóng ngang của Fresnel vào những năm 1820 đã giải thích sự phân cực và lưỡng chiết, trong khi Stokes đã giới thiệu các tham số của mình vào năm 1852 để mô tả ánh sáng phân cực một phần.
Key figures
- Étienne-Louis Malus
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- George Gabriel Stokes
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- Tại sao kính râm phân cực có thể giảm chói?
- Ánh sáng phản xạ từ các bề mặt nằm ngang như nước hoặc đường bị phân cực một phần theo chiều ngang; kính râm có trục truyền qua thẳng đứng chặn phần lớn ánh sáng chói phân cực đó trong khi cho các ánh sáng khác đi qua.
- Ánh sáng thông thường từ mặt trời hoặc đèn có bị phân cực không?
- Không; các nguồn nhiệt phát ra ánh sáng với các hướng trường thay đổi nhanh chóng, định hướng ngẫu nhiên, vì vậy ánh sáng không bị phân cực cho đến khi nó được lọc, phản xạ hoặc tán xạ theo cách chọn một định hướng cụ thể.