Polarizacija valovanja

Polarizácija valovánja opisuje smer nihanja količine, ki valuje. Smiselno jo je vpeljati le pri transverzalnih valovanjih, pri katerih je nihanje pravokotno na smer širjenja valovanja. Najpogosteje se polarizacija vpelje pri elektromagnetnem valovanju (na primer vidni svetlobi), pri katerem električno in magnetno polje nihata pravokotno drugo na drugo, in hkrati pravokotno na smer širjenja valovanja. Pri elektromagnetnem valovanju je smer polarizacije po dogovoru enaka smeri nihanja jakosti elektičnega polja. Če nihanje poteka le v eni smeri, je val linearno polarizirian, če pa se s širjenjem vala nihanje suče, je valovanje krožno ali eliptično polarizirano. V primeru, da se smer nihanja spreminja tako hitro, da se ne da določiti smeri polarizacije, je val nepolariziran.

Animacija prikazuje štiri različne polarizacije in pravokotni projekciji polarizacij.

Običajne optične snovi (na primer steklo) so izotropni in polarizacijo ohranjajo. Obstajajo pa tudi optično aktivne ali dvolomne snovi. Prve pri prehodu svetlobe skozi snov polarizacijo sučejo, pri drugih pa polarizacija vpliva na smer širjenja žarka skozi snov.

Opis polarizacije uredi

Osnovni tipi polarizacije uredi

  • linearna polarizacija: smer polarizacije je konstantna in vektor jakosti električnega polja ne spreminja svoje smeri.
  • krožna polarizacija: vektor električnega polja opisuje krožnico. Krožna polarizacija se nadalje deli na levo- in desnosučno krožno polarizacijo.
  • eliptična polarizacija: vektor električnega polja opisuje elipso. Linearna in krožna polarizacija sta samo posebna primera eliptične polarizacije.

Polarizacija ravnega vala uredi

 
Navpično polariziran elektromagnetni val z valovno dolžino λ. Vektor električnega polja E (rdeča) niha v navpični smeri, vektorja magnetnega polja B ali H pa sta pravokotna nanj (modra). Oba vektorja sta pravokotna na smer širjenja vala z.

Naj se elektromagnetni val širi v smeri  . Vektorja električnega, E, in magnetnega polja, H, ležita v ravnini  , ki je pravokotna na os  . E in H se zapišeta kot

  in  .

Tu so   amplitude električnega in magnetnega polja v   in   smeri. S   je označen valovni vektor in z   krožna frekvenca.

Komponenti   in   sta

 
 ,

kjer je

 

in skupna amplituda električnega polja

 .

Tak val je linearno polariziran pod kotom   glede na os  .

Eliptična polarizacija in polarizacijska elipsa uredi

V splošnem se vektor jakosti električnega polja E zapiše kot

 

ali po posameznih komponentah

 

Zapis realnega dela eksponenta

 
 
 
Slika prikazuje elipso, ki jo opisuje vektor električnega polja E.

Komponenti   in   nihata z isto frekvenco  , a se razlikujeta v fazi. Iz zgornje enačbe sledi

 ,

pri čemer je  .To je enačba elipse, zasukane za kot   glede na os  . Za kot   velja

 .

Z upoštevanjem izraza za kot   se polosi elipse zapišeta kot

 
 

in val kot

 .

Mejna primera eliptične polarizacije sta linearna in krožna polarizacija.

Linearna in krožna polarizacija uredi

 
Linerano polariziran val in njegova projekcija na ravnini spodaj.

Naj bo   ali  . Enačba elipse se preoblikuje v

 .

To ni več enačba elipse, temveč enačba premice z naklonom  . Električno polje E v tem primeru niha v smeri, določeni z   in  

 .

V drugem mejnem primeru je   in  . Iz enačbe elipse sledi

 .

To je enačba krožnice. Eliptična polarizacija pri teh pogojih zavzame mejno vrednost krožne polarizacije. Vektor električnega polja je

 

Zapis polarizacije z Jonesovimi vektorji uredi

Vse informacije o polarizaciji elektromagnetnega vala so vsebovane v njegovi amplitudi in fazi. Val, ki potuje v smeri  , se zapiše kot

 .

Pripadajoč Jonesov vektor

 

opiše amplitudi in fazi v smereh   in  . Vsota kvadratov absolutnih vrednosti obeh komponent je sorazmerna svetlobni intenziteti. Navadno se uporablja Jonesovo matriko v normalizirani obliki. Nekaj zgledov Jonesovih vektorjev je zbranih v naslednji tabeli:

Polarizacija Pripadajoči Jonesov vektor
Linearno polarizirana v x smeri  
Linearno polarizirana v y smeri  
Linearno polarizirana in nagnjena za kot 45° glede na x os  
Linearno polarizirana in nagnjena za kot - 45° glede na x os  
Desnosučno krožno polarizirana  
Levosučno krožno polarizirana  

Polarizacija naravne svetlobe uredi

Naravna svetloba je nepolarizirana, saj nastane valovanje iz velikega števila naključnih atomskih sipalcev. Ti izsevajo valovni paket v času reda   s. Vsi izsevani paketi z enako frekvenco tvorijo polariziran val, ki pa traja le toliko, dokler se ne izseva nov paket. Izsevana svetloba je tako skupek vseh možnih valovnih paketov, ki so popolnoma nepredvidljivi.

Literatura in viri uredi