ध्रुवीकरण और प्राकृतिक प्रकाश। ध्रुवीकृत प्रकाश और प्राकृतिक के बीच का अंतर

लहरें दो प्रकार के हैं। अनुदैर्ध्य oscillatory गड़बड़ी में उनके प्रचार की दिशा के समानांतर है। एक उदाहरण हवा में ध्वनि का मार्ग है। ट्रांसवर्स तरंगों में विस्थापन की दिशा में 9 0 डिग्री के कोण पर परेशानियां होती हैं। तो, उदाहरण के लिए, पानी की एक द्रव्यमान के माध्यम से क्षैतिज रूप से गुजरने वाली लहर, इसकी सतह पर ऊर्ध्वाधर आवेश का कारण बनती है।

घटना की खोज

में देखा गया कई रहस्यमय ऑप्टिकल प्रभाव17 वीं शताब्दी के मध्य में, समझाया गया था जब ध्रुवीकरण और प्राकृतिक प्रकाश को एक लहर घटना के रूप में माना जाना शुरू हो गया था और इसके अनुकरण की दिशाओं की खोज की गई थी। पहला तथाकथित ध्रुवीकरण प्रभाव 1669 में डेनिश डॉक्टर इरास्मस बार्टोलिन द्वारा खोजा गया था। वैज्ञानिक ने आइसलैंड स्पार, या कैल्साइट (कैल्शियम कार्बोनेट का क्रिस्टलीय रूप) में डबल अपवर्तन, या बियरफ्रेंसेंस देखा। जब प्रकाश कैल्साइट के माध्यम से गुजरता है, तो क्रिस्टल इसे विभाजित करता है, एक दूसरे के सापेक्ष विस्थापित दो छवियों का उत्पादन करता है।

न्यूटन को इस घटना के बारे में पता था और सुझाव दिया कि,शायद प्रकाश के corpuscles असमानता या "एक तरफा" है, जो दो छवियों के गठन का कारण हो सकता है। न्यूटन के समकालीन ह्यूजेन्स, प्राथमिक तरंगों के अपने सिद्धांत के दोहरा अपवर्तन को समझाने में सक्षम थे, लेकिन उन्हें प्रभाव के वास्तविक अर्थ को समझ में नहीं आया। थॉमस यंग और फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ऑगस्टिन-जीन फ्रेशनेल ने सुझाव दिया कि प्रकाश तरंगें विपरीत हैं जब तक डबल अपवर्तन एक रहस्य बना रहा। एक साधारण विचार ने यह समझाया कि ध्रुवीकृत और प्राकृतिक प्रकाश क्या है। इसने ध्रुवीकरण प्रभावों के विश्लेषण के लिए एक प्राकृतिक और जटिल आधार प्रदान किया।

डबल अपवर्तन दो के संयोजन के कारण होता हैलंबवत ध्रुवीकरण, जिनमें से प्रत्येक की अपनी लहर वेग है। गति में अंतर के कारण, दोनों घटकों में अलग अपवर्तक सूचकांक होते हैं, और इसलिए वे दो छवियों का उत्पादन करते हुए सामग्री के माध्यम से अलग-अलग अपवर्तित होते हैं।

ध्रुवीकरण और प्राकृतिक प्रकाश: मैक्सवेल का सिद्धांत

फ्रेस्नेल ने जल्द ही एक व्यापक मॉडल विकसित कियाट्रांसवर्स तरंगें, जो बियरफ्रेंसेंस और कई अन्य ऑप्टिकल प्रभावों का कारण बनती हैं। चालीस साल बाद मैक्सवेल के विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत ने प्रकाश की ट्रांसवर्स प्रकृति को खूबसूरती से समझाया।

मैक्सवेल की विद्युत चुम्बकीय तरंगें बनती हैंचुंबकीय और बिजली के खेतों, विस्थापन की दिशा के लिए लंबवत oscillular। खेतों एक दूसरे के लिए 90 डिग्री के कोण पर हैं। इस मामले में, चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों के प्रसार के निर्देश दाएं हाथ से समन्वय प्रणाली बनाते हैं। आवृत्ति के साथ एक लहर के लिए च और लंबाई λ (वे एक निर्भरता से जुड़े हुए हैं λf = एस), जो सकारात्मक एक्स दिशा में चलता है, फ़ील्ड गणितीय रूप से वर्णित हैं:

• ई (एक्स, टी) = ई₀कॉस (2πएक्स / λ - 2πफीट) वाई ^;
• बी (एक्स, टी) = बी₀कॉस (2πएक्स / λ - 2πएफटी) जेड ^।

समीकरण दिखाते हैं कि विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र एक दूसरे के साथ चरण में हैं। किसी भी समय, वे एक साथ ई के बराबर अंतरिक्ष में अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंचते हैं₀ और बी₀। ये आयाम स्वतंत्र नहीं हैं। मैक्सवेल समीकरण दिखाता है कि ई₀ = सीबी₀ एक वैक्यूम में सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए।

ध्रुवीकरण की दिशा निर्देश

चुंबकीय और बिजली के अभिविन्यास का वर्णन करने मेंप्रकाश तरंगों के क्षेत्र आमतौर पर केवल विद्युत क्षेत्र की दिशा को इंगित करते हैं। चुंबकीय क्षेत्र के वेक्टर को मैदान की लंबवतता और गति की दिशा में उनकी लंबवतता की आवश्यकता से निर्धारित किया जाता है। प्राकृतिक और रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश इस तथ्य से अलग है कि बाद के क्षेत्रों में तरंग चाल के रूप में फ़ील्ड निश्चित दिशाओं में आते हैं।

अन्य ध्रुवीकरण राज्य संभव हैं। परिपत्र के मामले में, चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों के वेक्टर निरंतर आयाम के साथ प्रसार की दिशा के संबंध में घूमते हैं। अंडाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश रैखिक और परिपत्र ध्रुवीकरण के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति में है।

गैर ध्रुवीकृत प्रकाश

एक गर्म फिलामेंट की सतह पर परमाणु,जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्पन्न करता है, एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से कार्य करता है। प्रत्येक विकिरण को लगभग 10 से चलने वाली छोटी ट्रेनों के रूप में लगभग मॉडलिंग किया जा सकता है^-9 10 तक^-8 सेकंड। फिलामेंट से निकलने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग इन ट्रेनों का एक सुपरपोजिशन है, जिनमें से प्रत्येक में ध्रुवीकरण की अपनी दिशा है। यादृच्छिक उन्मुख ट्रेनों का योग एक लहर बनाता है जिसका ध्रुवीकरण वेक्टर तेजी से और यादृच्छिक रूप से भिन्न होता है। ऐसी लहर को अनौपचारिक कहा जाता है। सूर्य, गरमागरम लैंप, फ्लोरोसेंट लैंप और आग सहित सभी प्राकृतिक प्रकाश स्रोत, ऐसे विकिरण का उत्पादन करते हैं। हालांकि, कई स्कैटरिंग और प्रतिबिंब के कारण प्राकृतिक प्रकाश अक्सर आंशिक रूप से ध्रुवीकरण होता है।

इस प्रकार, प्राकृतिक ध्रुवीकृत प्रकाश से अंतर यह है कि पहले दोलनों में एक विमान में पाए जाते हैं में होते हैं।

ध्रुवीकरण विकिरण के स्रोत

ध्रुवीकृत प्रकाश का उत्पादन किया जा सकता हैमामलों, जब स्थानिक अभिविन्यास निर्धारित किया जाता है। एक उदाहरण सिन्क्रोट्रॉन विकिरण है, जिसमें उच्च ऊर्जा वाले कण एक चुंबकीय क्षेत्र में जाते हैं और ध्रुवीकृत विद्युत चुम्बकीय तरंगों को उत्सर्जित करते हैं। कई ज्ञात खगोलीय स्रोत हैं जो स्वाभाविक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इनमें नेबुला, सुपरनोवा अवशेष और सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक शामिल हैं। ब्रह्मांडीय विकिरण के ध्रुवीकरण का अध्ययन इसके स्रोतों के गुणों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

पोलोराइड फिल्टर

ध्रुवीकरण और प्राकृतिक प्रकाश अलग हो जाते हैंजब कई सामग्रियों से गुजरते हैं, तो सबसे आम बात यह है कि अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एडविन लैंड द्वारा बनाई गई पोलराइड है। फ़िल्टर में गर्मी उपचार प्रक्रिया के माध्यम से एक दिशा में उन्मुख हाइड्रोकार्बन अणुओं की लंबी श्रृंखला होती है। अणु चुनिंदा विकिरण को अवशोषित करते हैं, जिसका विद्युत क्षेत्र उनके अभिविन्यास के समानांतर होता है। ध्रुवीय से उभरती हुई रोशनी रैखिक रूप से ध्रुवीकृत है। इसका विद्युत क्षेत्र अणुओं के अभिविन्यास के लिए लंबवत है। पोलराइड को धूप का चश्मा और हल्के फिल्टर सहित कई क्षेत्रों में आवेदन मिला है, जो परिलक्षित और बिखरी हुई रोशनी के प्रभाव को कम करता है।

प्राकृतिक और ध्रुवीकृत प्रकाश: मालस का कानून

1808 में, भौतिक विज्ञानी एटियेन-लुइस मालिअस ने पाया किप्रकाश से गैर धातु सतहों परिलक्षित होता है, आंशिक रूप से ध्रुवीकृत। इस आशय की हद तक घटना के कोण और चिंतनशील सामग्री का अपवर्तनांक पर निर्भर करता है। चरम मामलों जब हवा में घटना के कोण की स्पर्शज्या चिंतनशील सामग्री का अपवर्तनांक के बराबर है से एक में, पूरी तरह से परिलक्षित प्रकाश रैखिक ध्रुवीकरण हो जाता है। इस घटना ब्रूस्टर के नियम (इसके आविष्कारक के नाम पर, स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी डेविड ब्रूस्टर) के रूप में जाना जाता है। ध्रुवीकरण दिशा परावर्तक सतह के समानांतर। के बाद से फ्लोरोसेंट चमक आमतौर पर ऐसी सड़कों और पानी फिल्टर के रूप में क्षैतिज सतहों से प्रतिबिंब पर पाए जाते हैं आमतौर पर रहने के लिए क्षैतिज ध्रुवीकरण प्रकाश धूप का चश्मा में उपयोग किया जाता है और इसलिए चुनिंदा प्रकाश का प्रतिबिंब को हटा दें।

Rayleigh बिखरने

बहुत छोटी वस्तुओं, आयामों द्वारा प्रकाश बिखरनेजो तरंगदैर्ध्य से बहुत छोटा है (तथाकथित रेलेघ अंग्रेजी वैज्ञानिक लॉर्ड रेलेघ के नाम से स्कैटरिंग), आंशिक ध्रुवीकरण भी बनाता है। जब सौर विकिरण पृथ्वी के वायुमंडल से गुजरता है, तो यह हवा के अणुओं से निकल जाता है। पृथ्वी एक फैला हुआ ध्रुवीकरण और प्राकृतिक प्रकाश तक पहुंचता है। इसकी ध्रुवीकरण की डिग्री बिखरने कोण पर निर्भर करती है। चूंकि एक व्यक्ति प्राकृतिक और ध्रुवीकृत प्रकाश के बीच अंतर नहीं करता है, इसलिए यह प्रभाव, एक नियम के रूप में, अनजान रहता है। फिर भी, कई कीड़ों की आंखें इसका जवाब देती हैं, और वे एक नेविगेशन टूल के रूप में बिखरे हुए विकिरण के सापेक्ष ध्रुवीकरण का उपयोग करते हैं। चमकदार सूरज की रोशनी में पृष्ठभूमि विकिरण को कम करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक पारंपरिक कैमरा प्रकाश फ़िल्टर, एक साधारण रैखिक ध्रुवीकरणकर्ता है जो प्राकृतिक और ध्रुवीकृत रेलेई प्रकाश को अलग करता है।

Anisotropic सामग्री

ध्रुवीकरण प्रभाव ऑप्टिकल रूप से मनाए जाते हैंएनीसोट्रॉपिक सामग्री (जिसमें अपवर्तक सूचकांक ध्रुवीकरण की दिशा के साथ बदलता है), जैसे कि बियरफ्रिंगेंट क्रिस्टल, कुछ जैविक संरचनाएं और ऑप्टिकल सक्रिय सामग्री। तकनीकी अनुप्रयोगों में ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप, तरल क्रिस्टल डिस्प्ले और ऑप्टिकल वाद्ययंत्र शामिल हैं जो भौतिक शोध के लिए उपयोग किए जाते हैं।