fény polarizáció
(lineáris polarizáció, sík polarizáció, Brewster-szög, polarizált fény, Nicol-prizma, polarizátor, analizátor, polaroidszűrők, kettőstörés)
Jól ismert, hogy a mechanikai hullámok esetén akkor beszélünk polarizált
hullámról, ha a transzverzális hullámok rezgése egy jól meghatározható síkban
zajlik le.
A dipólsugárzással létrejött elektromágneses
hullám (például rádióhullám) mindig
polarizált, vagyis a hullámban rezgő
E vektorok mindenütt párhuzamos egyenesek mentén rezegnek
A polarizáció
jelenségei: a polarizátor csak a függőleges rezgéseket
engedi tovább, a második, optikailag
aktív szűrő pedig elforgatja a rezgés
síkját.
Ezt a jelenséget nevezik lineáris polarizáció vagy sík polarizáció)
Mivel a természetes fény sok atom spontán, rendezetlen hullámkibocsátásának eredménye - noha az egyetlen atom által kisugárzott hullám szintén polarizált -, benne egyenlő mértékben találhatók minden irányban rezgő E és B vektorok.
A fény polarizációjával kapcsolatos első leírás Erasmus Bartholinus dán
professzor nevéhez fűződik. Ő kereskedőktől kapott egy átlátszó kristályt,
úgynevezett izlandi pátot (mészpátot),
egy kettős törésű kristályt, amelyen keresztülnézve meglepve tapasztalta, hogy
a tárgyaknak kettős képe látszik
A kristályba belépő fény két sugárra bomlik, amelyek közül az egyik, az úgynevezett
rendes vagy ordinárius sugár szabály szerint követi a törés törvényét, a másik,
a rendellenes vagy extraordinárius sugár azonban nem.
Így törik meg
a rendes sugár és a rendellenes sugár a kettős töréskor
A jelenséget szintén vizsgáló Huygens ezt azzal magyarázta, hogy míg a rendes (o) sugár esetén a hullámfront pontjaiból rendes körhullámok indulnak ki, a rendellenes (eo) sugár esetén ezek az elemi hullámok ellipszis alakot vesznek fel, aminek az az oka, hogy a kristály szerkezete miatt a kristályban az adott irányban megváltozik a fény terjedési sebessége.
A rendellenes (eo)
sugár esetén a törésmutató a beeső sugár
irányától is függ, és (a törés törvényével
szemben) a megtört sugár általában nem marad a beesési síkban.
A két sugár további különbözőségét Etienne Malus tárta fel. Ő a mészpáton keresztül
nézve vizsgált különbözo fényeket, amikor
azt tapasztalta, hogy amikor a Luxembourg-palota ablakáról visszaverődő fényt
nézi, nem két, hanem csak egy kép keletkezik. Ezt helyesen úgy értelmezte, hogy
a palota ablakáról visszaverődött fény
a rendes és a rendellenes sugárhoz hasonlóan síkban polarizált, és a
kristály ezért már nem tudja két összetevőre
bontani.
Az üvegen és más anyagon való visszaverődéskor
bekövetkező polarizációt részletesen Brewster skót fizikus vizsgálta.
Róla nevezték el azt a beesési szöget Brewster-szögnek, amelyre a beeső
és visszavert sugár egymásra merőleges.
A visszavert sugár a beesési síkra merőlegesen teljesen polarizált.
Polarizált fény előállítható megfelelő szögben csiszolt mészpátkristállyal, amelyet kettévágnak, majd a vágási felületeknél kanadabalzsammal összeragasztanak (Nicol-prizma). A prizmára eső természetes fény a törőfelületen kettősen megtörik. A rendes sugár a kanadabalzsamon teljes visszaverődést szenved és oldalra eltérül, míg a rendellenes sugár, amely már polarizált, kilép a kristályból.
A fény
polarizálható Nicol-prizma segítségével.
A fény polarizáltságát
az emberi szem nem ismeri fel, ezért azt egy másik polarizátorral vizsgálhatjuk
(analizátor). Ha a polarizátor és az analizátor párhuzamos állású, a
fény tovább halad. Ha egymásra merőleges a két kristály tengelye, az analizátoron
nem lép ki a fény.
Polarizált fényt úgynevezett polaroidszűrőkkel is elő lehet állítani.
Ezeket úgy készítik, hogy üveg- vagy celluloidlapra
kettősen törő kristályokból álló vékony
réteget visznek fel. Ezek a kristályok
a kettőstöréssel szétválasztott két fénysugár
közül az egyiket nagymértékben elnyelik, ezért csak a másik, meghatározott síkban
polarizált fénysugár halad át rajtuk.
Ha két ilyen szűrőt egymásra helyezünk, és egymáson fokozatosan elforgatjuk,
az áteső fény erőssége egy maximális és
egy minimális érték között változik.
Polárszűrők
párhuzamos és keresztezett állásban
Polárszűrőket használnak napszemüvegekben és fényképezéskor a víz- vagy üvegfelületekről visszaverődő zavaró csillogás kiszűrésére, illetve az égbolt kontrasztosságának növelésére.
Ugyanarról
a kirakatról polárszűrő nélkül és polárszűrővel készült kép
Etológiai kísérletek kimutatták, hogy - mivel az égboltról jövő fény
a szóródás miatt poláros és a polarizáció síkja a Nap
helyzetétől függ -, a rovarok ezt irány meghatározására képesek használni. A
méhek tánca mindig a Nap
és a polarizáció síkjának irányát figyelembe véve adja meg a nektárdús
virágok lelőhelyét.
A rovarok összetett szeme a nagyobb távolságban lévő tárgyakat már rosszul képezi
le, ezért például a vízfelületet
nem a fényérzékelés
(fototaxis), hanem a fény polarizációja (polarotaxis) alapján találják
meg. Olyan nagyobb kiterjedésű vízszintes felületet keresnek, amelyről horizontálisan
polarizált fény verődik vissza. Ezért fordulhat elő, hogy a szabadban
tárolt, vagy szennyezőanyagként a vízre kerülő kőolajszármazékok
(például a pakura), amelyek a fényt a víznél
erősebben polarizálják, végzetes csapdát jelentenek a rovaroknak. A szomjukat
oltani vágyó, vagy násztáncot járó lepkék, szitakötők, bogarak az olajos felszínt
vízfelületnek hiszik, leszállva rá a ragadós felszín foglyaivá válnak.