Polaryzacja fali

Z Wikipedii

Polaryzacja to własność fali poprzecznej (np. światła). Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym kierunku. Fala niespolaryzowana oscyluje we wszystkich kierunkach jednakowo. Fala niespolaryzowana może być traktowana jako złożenie wielu fal drgających w różnych kierunkach.

W naturze większość źródeł promieniowania elektromagnetycznego wytwarza fale niespolaryzowane. Polaryzacja występuje tylko dla fal rozchodzących się w ośrodkach, w których drgania ośrodka mogą odbywać w dowolnych kierunkach prostopadłych do rozchodzenia się fali. Ośrodkami takimi są trójwymiarowa przestrzeń lub struna.

Gdy ośrodek fali nie może drgać w dowolnych kierunkach prostopadłych względem rozchodzenia się fali zjawisko polaryzacji jest niemożliwe. Dotyczy to np.: drgań na powierzchni membrany i na granicach faz. Przykładem tego są m.in. fale morskie. Fale dźwiękowe również nie podlegają zjawisku polaryzacji, bo są falami podłużnymi.

Spis treści 1 Teoria 1.1 Podstawy: fale płaskie 1.2 Rodzaje polaryzacji 1.2.1 Opis matematyczny 1.2.2 Analiza Jonesa 1.3 Polaryzacja częściowa 1.4 Parametryczny opis polaryzacji 1.5 Stosowane nazewnictwo 2 Zjawiska związane z polaryzacją 2.1 Sposoby polaryzacji 2.2 Selektywna emisja 2.2.1 Polaryzacja fal radiowych 2.2.2 Promieniowanie cieplne 2.2.3 Inne źródła 2.3 Selektywne pochłanianie 2.4 Pojedyncze rozproszenie fali 2.5 Wielokrotne rozproszenie 2.6 Odbicie od ośrodka przeźroczystego 2.7 Odbicie od metalu 2.8 Dwójłomność 2.9 Skręcenie kierunku polaryzacji 3 Praktyczne znaczenie polaryzacji 3.1 Filtry polaryzacyjne 3.2 Wyświetlacze 3.3 Projektory obrazu trójwymiarowego 3.4 Defektoskopia 3.5 Mikroskop polaryzacyjny 3.6 Radioastronomia i radary 3.7 Zoologia 4 Bibliografia 5 Zobacz też 6 Linki zewnętrzne (ang.)

[edytuj] Teoria

[edytuj] Podstawy: fale płaskie

Najłatwiej jest sobie wyobrazić polaryzację płaskich fal sinusoidalnych. W większości przypadków światło to fale płaskie. Płaska fala elektromagnetyczna cechuje się tym, że wektory pola magnetycznego oraz elektrycznego prostopadłe do siebie leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali, wektory te są zależne od siebie i podanie jednego jednoznacznie określa drugi dlatego przyjmuje się, że polaryzacja światła to zjawisko związane wyłącznie z wektorem pola elektrycznego. Wektor ten można rozłożyć na dwie składowe prostopadłe do siebie. Zmiany tych składowych można opisać funkcjami sinusoidalnymi, a zatem wystarczy podać ich fazę, amplitudę oraz częstotliwość, aby je jednoznacznie zdefiniować, przy czym obie składowe wektora pola elektrycznego zawsze mają taką samą częstotliwość, która odpowiada częstotliwości analizowanej fali elektromagnetycznej.

[edytuj] Rodzaje polaryzacji

Umieszczone tutaj ilustracje przedstawiają zmiany położenia punktu dla fali mechanicznej lub wektora pola elektrycznego dla fali elektromagnetycznej (niebieski) w czasie oraz jego składowych rzutowanych na dwie prostopadłe osie (czerwony/lewy oraz zielony/prawy) ustawione pod kątem prostym do płaszczyzny czoła fali. Na dole każdego wykresu kolorem fioletowym oznaczono ruch elementu drgającego (natężenia pola elektrycznego).

Ilustracje te przedstawiają trzy rodzaje polaryzacji:

Przypadek po lewej, to polaryzacja liniowa, drganie odbywa się wzdłuż linii prostej. Każde drganie można przedstawić jako sumę drgań wzdłuż osi X i Y. W przypadku polaryzacji liniowej drgania składowe są w fazie lub w przeciwfazie (180°). Stosunek amplitud drgań składowych określa kierunek drgania a tym samym i polaryzację. Brak jednej ze składowych odpowiada polaryzacji wzdłuż osi. W polaryzacji liniowej przemieszczenie (natężenie pola elektrycznego) punktu w każdym cyklu przechodzi dwa razy przez zero.

Przypadek środkowy ilustruje polaryzację kołową. Drganie to odpowiada ruchowi po okręgu. Można je rozłożyć na dwa drgania o jednakowych amplitudach ale o fazach przesuniętych dokładnie o 90° lub 270° (-90°). W zależności do tego, czy fazy są przesunięte o 90° czy 270°, mówi się o polaryzacji kołowej prawoskrętnej lub polaryzacji kołowej lewoskrętnej. Wynika to z faktu, że wektor wychylenia może obracać się albo w lewo albo w prawo. W polaryzacji kołowej przemieszczenie (natężenie pola elektrycznego) ma zawsze taką samą wartość, zmienia się tylko kierunek przemieszczenia.

Trzeci rysunek przedstawia polaryzację eliptyczną, która jest uogólnieniem polaryzacji kołowej. Ruch ciała wytwarzającego drganie odbywa się po elipsie. Drganie to rozkłada się, podobnie jak w polaryzacji kołowej, na drgania o fazie przesuniętej o 90° lub 270° ale drgania składowe mają różne amplitudy. Polaryzacja eliptyczna może być wyrażona jako złożenie polaryzacji liniowej i kołowej.

[edytuj] Opis matematyczny

Równanie fali poprzecznej rozchodzącej się wzdłuż osi Z oraz wywołane nią drganie w wybranym punkcie (z=0) mogą być opisane wzorami:

• - to odpowiednio wersory osi X i Y określające kierunek drgań,
• A_x,A_y - amplitudy drgań w wyznaczonych kierunkach,
• φ_x,φ_y - przesunięcia fazowe drgań.

Jeżeli φ_x = φ_ylubφ_x = φ_y + / − π to drgania te można przedstawić jako drgania co odpowiada polaryzacji liniowej w kierunku v (rys. 1).

Jeżeli oraz A_x = A_y = A to bez uwzględniania fazy początkowej drgania można opisać równaniem . Równanie to jest równaniem okręgu i oznacza polaryzację kołową (rys. 2)

W ogólnym przypadku, gdy składowe mają różne amplitudy, wypadkowy ruch jest elipsą, stan ten opisuje pierwsze z przytoczonych równań, będące parametrycznym równaniem elipsy, a taki stan polaryzacji jest polaryzacją eliptyczną (rys. 3).

[edytuj] Analiza Jonesa

Stosując Wzór Eulera przyjmując, że znaczenie fizyczne ma tylko część rzeczywista wektora równanie fali poprzecznej można opisać równaniem:

Równanie to jest iloczynem, w którym pierwszy czynnik odpowiada za "falowanie", drugi będący sumą wektorów ma wartość stałą dla danej fali i opisuje jej stan polaryzacji.

Pomijając w zapisach czynnik oscylacyjny jako oczywisty, podobnie jak to się robi w analizie przemiennego prądu elektrycznego, oraz zapisując drugi czynnik w konwekcji wektorowej stan polaryzacji można opisać w postaci:

gdzie: a₁,a₂ - amplitudy w fali w dwóch ortogonalnych kierunkach, a θ₁iθ₂ - to przesunięcia fazowe fal.

Analizę taką z zastosowaniem wektorów i macierzy liczb zespolonych opracował w 1941 r. R. C. Jones. Metoda ta zwana jest rachunkiem Jonesa. W analizie tej stan polaryzacji światła przedstawiany jest wektorem Jonesa układ optyczny opisuje macierz Jonesa.

Różne wektory Jonesa mogą reprezentować tą samą elipsę, a więc taki sam stan polaryzacji. Fizyczne pole elektryczne, jako część rzeczywista wektora Jonesa może być różna, ale stan polaryzacji jednakowy, gdyż stan polaryzacji jest niezależny od absolutnych wartości faz, ale od różnic faz odpowiadającym osiom wybranym osiom.

Wektory bazowe wykorzystywane do opisu fali mogą być dowolną parą wektorów leżących w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali, muszą to być wektory ortogonalne czyli, takie dla których iloczyn skalarny jest równy zero i można zbudować z nich dowolny wektor w tej płaszczyźnie. Często w miejsce wektorów układu kartezjańskiego wybierane są wektory reprezentujące prawoskrętną i lewoskrętną polaryzację kołową, co pozwala na modelowanie bardzo powszechnych zjawisk zachodzących w ośrodkach dwójłomnych lub dróg sygnałowych koherentnych czujników mierzących polaryzację kołową.

[edytuj] Polaryzacja częściowa

Obraz fali przedstawiony powyżej jest ogromnym uproszczeniem. W rzeczywistości większość fal nie jest wytwarzana przez jedno źródło, lecz przez bardzo wiele niezależnych źródeł drgających w przypadkowych kierunkach z przypadkowymi amplitudami. W takiej sytuacji suma emisji wszystkich źródeł, daje w efekcie promieniowanie całkowicie pozbawione polaryzacji. W fali niespolaryzowanej drgania występują we wszystkich możliwych kierunkach z jednakowym prawdopodobieństwem. W pewnych sytuacjach jeden z kierunków drgań może stać się uprzywilejowany i drgania w tym kierunku będą zachodziły z większą amplitudą niż w innych, co powoduje częściową polaryzację. Gdyby końce wektorów pola elektrycznego dla takiego promieniowania nanieść na wykres, uzyska się rozmazany kształt przypominający wypełnioną elipsę dla fali częściowo spolaryzowanej liniowo, a elipsę z mniejszym wypełnieniem w środku dla fali spolaryzowanej częściowo eliptycznie . Dla polaryzacji częściowej określa się poziom polaryzacji.

[edytuj] Parametryczny opis polaryzacji

Jak przedstawiono wyżej w opisie i na rysunkach każdą falę spolaryzowaną, zarówno liniowo, kołowo jak i eliptycznie można przedstawić jako złożenie dwóch fal o jednakowej częstotliwości drgających w kierunkach wzajemnie prostopadłych i prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. Każdą spolaryzowaną falę można przedstawić także jako sumę fal spolaryzowanych kołowo. Fala spolaryzowana liniowo jest sumą fali spolaryzowanej lewo- i prawoskrętnie.

Polaryzacja eliptyczna jest ogólnym stanem polaryzacji, dlatego by opisać polaryzację można posłużyć się elipsą w przypadku fali elektromagnetycznej elipsa ta odpowiada torowi końca wektora pola elektrycznego. Podobnie jak elipsę można opisać różnymi równaniami, tak i polaryzację można opisać w różny sposób. Oprócz wyżej podanego parametrycznego równania zależnego od współrzędnych (X i Y), często parametrami opisującymi polaryzację są: kąt pomiędzy osią X i główną półosią elipsy (ψ) oraz współczynnik eliptyczności, czyli stosunek głównej i mniejszej półosi elipsy (ε). Czasami używa się też współczynnika kąta eliptyczności (χ) obliczanego jako arkus tangens ε.(szczegóły w artykule elipsa). Na schemacie obok oznaczono poszczególne parametry.

[edytuj] Stosowane nazewnictwo

Niezależnie od tego czy polaryzacja opisywana jest poprzez parametry geometryczne czy przez wektory Jonesa, kierunek rozchodzenia się fali narzuca wybór układu współrzędnych, drgania fali odbywają się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali dlatego kierunki bazowe muszą leżeć w tej płaszczyźnie, co odpowiada temu, że wybór układu dopuszcza obrót wokół kierunku propagacji.

Jeżeli rozważane jest światło (fala) rozchodzące się poziomo do powierzchni Ziemi, powszechnie przyjęto określanie polaryzacji poziomej (horyzontalnej) i pionowej (wertykalnej). W publikacjach układ współrzędnych wiąże się z płaszczyzną ilustracji, wprowadzając pojęcie polaryzacji równoległej do płaszczyzny ilustracji oznaczanej przez p oraz polaryzacji prostopadłej – oznaczanej przez s. Taka sytuacji została zilustrowana na diagramie po prawej. W astronomii powszechnie kierunki polaryzacji określa się względem Układu współrzędnych równikowych.

[edytuj] Zjawiska związane z polaryzacją

Tekst poniżej opisuje polaryzację fal elektromagnetycznych choć zjawiska te zachodzą też dla fal mechanicznych, przykładowo fal sejsmicznych rozchodzących się w Ziemi.

[edytuj] Sposoby polaryzacji

Falę spolaryzowaną można uzyskać poprzez:

• selektywną emisję – źródło fali wykonuje drgania w jednym kierunku,
• selektywne pochłanianie – ośrodek przez który przechodzi fala pochłania falę o jednym kierunku polaryzacji, a przepuszcza o przeciwnej,
• pojedyncze rozproszenie – rozproszenie w kierunku prostopadłym tworzy falę spolaryzowaną,
• odbicie od ośrodka przeźroczystego,
• dwójłomność (podwójne załamanie).

[edytuj] Selektywna emisja

Fala elektromagnetyczna, której jednym ze składników jest pole elektryczne powstaje w wyniku zmian pola elektrycznego, zmiany te powstają w wyniku przyspieszania ładunku elektrycznego. Natężenie pola elektrycznego, a tym samym i jego zmiany, w powstającej fali ma kierunek taki sam jak natężenie pola elektrycznego wytwarzającego falę i rozchodzi się w przestrzeni.

Pojedynczy dipol, przykładowo dipolowa antena radiowa zasilana prądem przemiennym lub pobudzony do drgań elektron, promieniuje we wszystkich kierunkach, ale nie jednakowo silnie. Natężenie promieniowania w wybranym kierunku jest proporcjonalne do rzutu prostokątnego dipola na płaszczyznę prostopadłą do wybranego kierunku.

[edytuj] Polaryzacja fal radiowych

Z faktu tego wynika polaryzacja fal radiowych wytwarzanych przez anteny. Antena w postaci dipola wytwarza falę spolaryzowaną zgodnie z ustawieniem dipola. Radiofonia na falach długich i średnich używa polaryzacji pionowej (zmiany natężenia pola elektrycznego mają pionowy kierunek) ze względu na wykorzystanie pionowego masztu jako anteny. Telewizja w transmisji naziemnej używa polaryzacji poziomej, tak by można było odbierać jedną anteną wszystkie stacje telewizyjne (były wyjątki). Służby techniczne pracujące na zakresie fal decymetrowych, by ograniczyć wzajemne zakłócenia telewizji i służb stosują polaryzację pionową.

W telewizji satelitarnej polaryzację stosuje się do zwiększenia liczby kanałów dostępnych w tym samym paśmie.

Antena wytwarzająca falę spolaryzowaną kołowo składa się z dwóch dipoli ustawionych prostopadle i zasilanych drganiami z przesunięciem fazowym o 90 stopni.

Fale radiowe w wyniku wielokrotnego rozproszenia tracą swoją polaryzację.

[edytuj] Promieniowanie cieplne

Promieniowanie cieplne, w tym także świecenie rozgrzanych ciał powstaje w wyniku przypadkowych ruchów cząsteczek i dlatego światło emitowane przez rozgrzane ciała nie jest spolaryzowane.

[edytuj] Inne źródła

Niektóre źródła promieniowania elektromagnetycznego, w których kierunek drgań cząstek naładowanych (np. elektronów) jest wymuszony wytwarzają światło spolaryzowane, przykładowo znajdujące się w silnym polu elektrycznym lub magnetycznym cząstki o anizotropowej budowie, cząstki ustawione oddziaływaniem międzycząsteczkowym wytwarzają promieniowanie spolaryzowane. Linie spektroskopowe światła powstającego w polu magnetycznym, jeżeli pole magnetyczne wpływa na poziomy energetyczne też są spolaryzowane. Na podobnej zasadzie spolaryzowane jest promieniowanie synchrotronowe.

Jeżeli drgania cząstek nie są wymuszone w danym kierunku, lecz tylko uprzywilejowane, to polaryzacja emitowanego światła jest częściowa.

Zjawiska te stosuje się w astronomii do badania pól magnetycznych w miejscu emisji lub pochłaniania promieniowania.

[edytuj] Selektywne pochłanianie

Gdy w przestrzeni, w której rozchodzi się fala drgania w jednym z kierunków są tłumione, a w prostopadłym do niego nie są, to fala rozchodząc się w tym ośrodku utraci drgania w jednym kierunku czyli ulegnie polaryzacji.

Przykładem takiego ośrodka dla fali elektromagnetycznej może być drabinka z drutów czyli układ cienkich równoległych drutów przewodzących prąd elektryczny. Średnica drutów i odległość między nimi musi być porównywalna z długością fali. Układ taki pochłania fale, których drgania wektora elektrycznego są równoległe do drutów, a przepuszcza fale o drganiach prostopadłych do drutów. Układy takie buduje się dla fal radiowych i mikrofal. Układy dla fal krótszych (poczerwień, światło) też są zbudowane w ten sposób, lecz rolę drutów przejmują odpowiednio ułożone cząsteczki substancji. Polaryzator liniowy zwany polaroidem wykonuje się poprzez rozciąganie w trakcie produkcji folii wykonanej z odpowiedniego tworzywa sztucznego, w wyniku czego powstaje układ równolegle ułożonych cząsteczek pochłaniających fale elektromagnetyczne drgające w jednym kierunku.

[edytuj] Pojedyncze rozproszenie fali

Cząstka rozpraszająca pochłania falę elektromagnetyczną wytwarzając drgania ładunków cząstki (zazwyczaj elektronów). Drgania te mogą być przedstawione jako złożenie dwóch prostopadłych kierunków, które są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. Kierunki te można wybrać dowolnie - najlepiej, jeżeli jeden z nich jest zawarty w płaszczyźnie utworzonej przez punkty źródło – cząstka rozpraszająca – obserwator. Drganie to może wywołać falę elektromagnetyczną, jej amplituda jest proporcjonalna do rzutu wektora wywołującego drganie tak jak widzi go obserwator. Jeżeli źródło – cząstka rozpraszająca – obserwator tworzą kąt prosty, to rzut wektora w kierunku obserwatora jest zerowy. Oznacza to, że fala elektromagnetyczna rozproszona pod kątem prostym nie zawiera fali w tej płaszczyźnie czyli jest spolaryzowana liniowo w kierunku prostopadłym do płaszczyzny źródło – cząstka rozpraszająca – obserwator. Fala (światło) rozproszona w innym kierunku jest częściowo spolaryzowana.

Zjawisko to odpowiada za:

• polaryzację błękitu nieba,
• częściową polaryzację tęczy i halo,

Analizując polaryzację światła rozproszonego można określić kąt rozproszenia, czyli określić kierunek padania światła na gaz rozpraszający. Własności te są stosowane w astronomii.

[edytuj] Wielokrotne rozproszenie

Rozproszenie światła w wyniku wielokrotnego rozproszenia w tym rozproszenia w ośrodku składającym się z dwóch substancji przezroczystych, niszczy polaryzację światła.

[edytuj] Odbicie od ośrodka przeźroczystego

Gdy światło pada na granicę ośrodków przeźroczystych pod takim kątem (kąt Brewstera), że kąt promienia załamanego i kąt promienia odbitego są prostopadłe, to światło odbite jest całkowicie spolaryzowane liniowo, a światło przechodzące jest spolaryzowane częściowo.

Pochłonięcie światła o polaryzacji zgodnej z polaryzacją światła odbitego umożliwia redukcję odblasków od powierzchni wody, szyby itp. stosowane jest w fotografice, astronomii.

Na tej zasadzie działa okienko Brewstera stosowane w laserach wytwarzających światło spolaryzowane. Lasery pozbawione tego okienka wytwarzają światło niespolaryzowane.

Dla innych kątów padania światła, światło odbite jest częściowo spolaryzowane. Odbicie od szorstkiej powierzchni (odbicie rozpraszające) odpowiada odbiciu pod różnymi kątami i nie polaryzuje światło, a spolaryzowane traci polaryzację.

[edytuj] Odbicie od metalu

Odbicie światła od metalu nie polaryzuje światła niespolaryzowanego, ale zmienia stan polaryzacji odbitego pod kątem światła, np. światło spolaryzowane liniowo po odbiciu od gładkiej powierzchni metalowej zmienia polaryzację na eliptyczną a przy odpowiednim kącie na kołową.

Zmiana polaryzacji wynika z tego, że składowa elektryczna promieniowania równoległa do powierzchni metalu odbija się w nim bliżej powierzchni od składowej prostopadłej, odbijającej się głębiej, ta różnica w miejscu odbicia wywołuje różnicę w czasie przebiegu składowych polaryzacji wywołując przesunięcie fazowe obu składowych, co zmienia parametry elipsy polaryzacji.

[edytuj] Dwójłomność

Zobacz więcej w osobnym artykule: Dwójłomność.

Gdy światło pada na niektóre substancje rozdziela się na dwie wiązki o prostopadłych polaryzacjach liniowych. Zjawisko to zwane podwójnym załamaniem lub dwójłomnością, wykorzystuje się do otrzymywania wiązki światła spolaryzowanego w pryzmacie Nicola.

Światło padając prostopadle na substancje dwójłomne, w których oś optyczna jest równoległa, do powierzchni na którą pada światło, nie rozdziela się, ale jego składowe poruszają się z różnymi prędkościami, zjawisko to wykorzystywane jest do zmiany polaryzacji światła w płytkach ćwierćfalowych i płytkach półfalowych. Uzyskanie przez substancję dwójłomności w kierunku przyłożonego pola nosi nazwę Efekt Pockelsa i stosowane jest do uzyskiwania sterowanych napięciem elektrycznym płytek n-falowych zwanych komórkami Pockelsa.

Wiele substancji przeźroczystych, które w normalnych warunkach nie są dwójłomne, pod wpływem pola elektrycznego, pola magnetycznego stają się dwójłomne. Zjawisko to na cześć odkrywcy nosi nazwę efektu Kerra i znalazło zastosowanie do modulacji światła polem elektrycznym w przyrządach zwanych komórkami Kerra.

[edytuj] Skręcenie kierunku polaryzacji

Wiele substancji organicznych w tym sacharoza rozpuszczona w wodzie zmienia kierunek polaryzacji światła przechodzącego przez roztwór. Zjawisko to zwane aktywnością optyczną jest stosowane do rozpoznawania cukrów, a także do określania stężenia cukru w soku buraczanym.

[edytuj] Praktyczne znaczenie polaryzacji

[edytuj] Filtry polaryzacyjne

Aby uzyskać światło spolaryzowane można wykorzystać filtr polaryzacyjny. Ma on zdolność do przepuszczania tylko fal świetlnych o polaryzacji liniowej. Kierunek tej polaryzacji jest stały i ściśle związany z konstrukcją filtra. Jeżeli przepuści się światło niespolaryzowane przez dwa takie filtry i zacznie je obracać, to światło na zmianę będzie przygasać oraz rozbłyskać. Kiedy dwa filtry polaryzacyjne są ustawione tak, że przepuszczają tylko fale oscylujące w prostopadłych płaszczyznach, to światło nie przechodzi. Jeżeli płaszczyzny polaryzacji są takie same, to efekt jest taki jak dla jednego filtra.

Filtry polaryzacyjne są stosowane np.: w okularach przeciwsłonecznych gdzie zmniejszają jasność nieba w słoneczny dzień, blokują spolaryzowane światło odbite od poziomych płaszczyzn (co jest szczególnie ważne przy kierowaniu samochodem) i zwiększają kontrastowość obrazu. Filtry tego rodzaju są też stosowane w fotografice, gdzie zapobiegają pojawianiu się blików na zdjęciach.

[edytuj] Wyświetlacze

Zobacz więcej w osobnym artykule: Wyświetlacz ciekłokrystaliczny.

Polaryzacja jest praktyczne wykorzystywana w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD). Ciekły kryształ, do którego przyłożono napięcie elektryczne powoduje zmianę płaszczyzny polaryzacji przechodzącego przez niego światła. Jeżeli połączony zostanie szereg ciekłych kryształów oddziałujących z różnymi długościami promieniowania, to można w ten sposób uzyskać obraz kolorowy. Zmiana polaryzacji światła odnosi się tylko do promieni biegnących prostopadle do płaszczyzny ekranu. W efekcie obraz z wyświetlacza LCD staje się niewyraźny gdy patrzy się na niego z boku. Ludzkie oko nie dostrzega polaryzacji i dlatego ekran może zawierać filtry polaryzacyjne.

[edytuj] Projektory obrazu trójwymiarowego

Kolejnym praktycznym wykorzystaniem zjawiska polaryzacji jest technika projekcji na dużym ekranie dla wielu widzów jednocześnie, stosowana m.in. w kinach IMAX.
Kamera IMAX posiada dwa obiektywy i rejestruje równocześnie dwa obrazy. Ich osie optyczne są przesunięte względem siebie o odległość zbliżoną do rozstawu ludzkich oczu (lub inną odległość w przypadku efektów specjalnych).
Projektor także jest podwójny. Równocześnie wyświetlane są dwa obrazy, każdy z nich przez swój obiektyw, wyposażony w filtr polaryzacyjny. Jeden filtr obrócony jest względem drugiego o 90° (tradycyjny układ płaszczyzn polaryzacji "V" zastąpiono w systemie IMAX układem "L").
Widz zakłada specjalne okulary wyposażone w filtry polaryzacyjne. Płaszczyzny polaryzacji w okularze lewym i prawym są ustawione analogicznie do filtrów w projektorze, dzięki czemu do każdego oka widza dociera tylko jeden, przeznaczony dla niego obraz. W efekcie jedno oko widzi film wyświetlany przez lewy projektor, a drugie przez prawy i do mózgu widza dociera taki sam obraz, jak gdyby osobiście znajdował się na planie filmowym.
Zdolność człowieka do widzenia stereoskopowego powoduje, że pojawia się wrażenie głębi. Ekran stanowi jakby okno, przez które widoczna jest sfilmowana scena, przy czym pewne obiekty mogą “wychodzić” przed ekran, powodując szczególnie silne i niecodzienne odczucia.
Filtr polaryzacyjny jest używany w kinie IMAX, bo ma małą masę i nie utrudnia oglądania pokazu filmowego.

[edytuj] Defektoskopia

Jeżeli jakiś przezroczysty materiał jest anizotropowy, to często powoduje zmiany polaryzacji przechodzącego przez niego światła. Jest tak w przypadku kryształów, jednak źródłem anizotropii może być również występowanie naprężeń wewnątrz materiału. Zjawisko to można wykorzystać w defektoskopii (wczesnym wykrywaniu uszkodzeń maszyn). Inne zastosowanie to badanie prototypów. Model części urządzenia wykonany z przezroczystego materiału i może zostać poddany próbom wytrzymałościowym. Odpowiedni układ optyczny pozwala na obserwację charakterystycznych prążków wyznaczającym linie naprężeń wewnątrz materiału. Technikę tą wykorzystuje się w elastooptyce.

[edytuj] Mikroskop polaryzacyjny

Zobacz więcej w osobnym artykule: Mikroskop polaryzacyjny.

Para dwóch filtrów polaryzacyjnych jest podstawą działania tych mikroskopów. Korzystając z własności światła spolaryzowanego wytwarzanego przez różne kryształy możliwe jest rozróżnianie ich rodzajów. Mineralodzy korzystają z mikroskopów polaryzacyjnych, w których poszczególne ziarna kryształów mienią się różnymi kolorami. Obserwacja wielobarwnych tekstur tworzonych w mikroskopie polaryzacyjnym przez ciekłe kryształy umożliwia szybkie ustalenie ich rodzaju. Niektóre roztwory związków chemicznych, posiadających tzw. aktywność optyczną mają zdolność do zmiany płaszczyzny polaryzacji przechodzącego przez nie światła. Można to wykorzystać do oznaczenia stężenia związku w próbce, a także ustalenia ich tzw. czystości optycznej.

[edytuj] Radioastronomia i radary

Spolaryzowane liniowo wiązki fal radiowych wykorzystywane są w technice radarowej. W radioastronomii obserwacja polaryzacji światła pozwala określić, czy zostało ono rozproszone przed dotarciem do teleskopu.

[edytuj] Zoologia

Niektóre zwierzęta mają zdolność do postrzegania polaryzacji światła. Wykorzystują ją do określania kierunku w przestrzeni. Płaszczyzna liniowej polaryzacji światła rozproszonego przez atmosferę (niebo) jest prostopadła do kierunku, z którego świeci Słońce. Z tej własności światła korzystają niektóre owady, m.in. pszczoły. Mózg pszczoły rejestruje odległość oraz azymut względem Słońca na trasie jaką pokonuje ona wracając z nektarem do gniazda. W środku owad rozpoczyna specjalny taniec, którym przekazuje te informacje innym pszczołom. Dzięki temu wszystkie zbieraczki nektaru mogą łatwo odnaleźć bogate źródło pożywienia.

Polaryzacja jest postrzegana także przez ośmiornice, kałamarnice oraz mątwy. Zwierzęta te wykorzystują spolaryzowane światło do komunikacji. Ich ciała pokrywają wzory widoczne tylko przez filtry polaryzacyjne. Niektóre głowonogi mają tez zdolność do dynamicznych zmian tych wzorów. W ten sposób mogą przekazywać sobie sygnały godowe lub odstraszać napastników.

Polaryzacja światła jest widoczne również dla oczu ptaków. Oprócz nawigacji ptaki używają uzyskane w ten sposób informacje do poszukiwania prądów wznoszących pozwalających im na szybowanie bez wydatkowania energii.

[edytuj] Bibliografia

• Principles of Optics, M. Born & E. Wolf, Cambridge University Press, 7th edition 1999, ISBN 0521642221
• Fundamentals of polarized light : a statistical optics approach, C. Brosseau, Wiley, 1998, ISBN 0-471-14302-2
• Polarized Light, Production and Use, William A. Shurcliff, Harvard University Press, 1962.
• Optics, Eugene Hecht, Addison Wesley, 4th edition 2002, hardcover, ISBN 0-8053-8566-5
• Polarised Light in Science and Nature, D. Pye, Institute of Physics Publishing, 2001, ISBN 0750306734
• Polarized Light in Nature, G. P. Können, Translated by G. A. Beerling, Cambridge University Press, 1985, hardcover, ISBN 0-521-25862-6
• Berklejowski kurs fizyki tom Fale, F. C. Crawford, PWN, Warszawa, tłumaczenie z Berkeley Physics Coursee - Volume 3 Waves
• Fizyka dla studentów nauk przyrodniczych Tom 2, D. Halliday i R. Resnick, PWN, Warszawa

[edytuj] Zobacz też

• macierz Jonesa
• równania Fresnela

[edytuj] Linki zewnętrzne (ang.)

• Światło spolaryzowane w naturze i technologii www.polarization.com
• Galeria obrazów uzyskanych z pomocą filtrów polaryzacyjnych
• Relacja pomiędzy spinem fotonu oraz polaryzacją
• Wirtualny mikroskop polaryzacyjny