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.

Felhasznált irodalom