Πόλωση

Κυκλικά πολωμένο κύμα που αναλύεται σχηματικά σε δύο συνιστώσες.

Ο ο όρος πόλωση αποτελεί μια συνοπτική ονομασία φαινομένων που λ με τον προσανατολισμό κυμάτων κυρίως εγκάρσιων ηλεκτρομαγνητικών ως προς τον άξονα διάδοσής τους. Η πόλωση αποτελεί αντικείμενο μελέτης πολλών επιστημών και εφαρμογών όπου και φέρεται με αντίστοιχες ονομασίες ερευνητικού πεδίο ορισμού

Γενικά

Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα, περιγράφεται από ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο. Σε αυτό το κύμα σε κάθε ακτίνα (σε ένα φωτόνιο) η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ταλαντώνεται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο, στο οποίο ανήκει η ευθύγραμμη πορεία του φωτός. Πόλωση του φωτός ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο το επίπεδο ταλάντωσης του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός είναι το ίδιο για όλα τα φωτόνια. Αυτό το φως ονομάζεται πολωμένο.

Γενικά σε μία ακτίνα φωτός, το επίπεδο ταλάντωσης είναι τυχαίο, για την ακρίβεια αποτελείται από πολλές ακτίνες διαφορετικού επιπέδου ταλάντωσης. Το τυχαίο φως θεωρείται μη πολωμένο και ότι αποτελείται από πολωμένες ακτίνες φωτός ομοιόμορφα κατανεμημένες προς όλες τις γωνίες (επίπεδα πόλωσης).

Στην καθημερινότητα συναντάμε συχνά πόλωση μεγαλομορίων. Οι οθόνες στα κομπιουτεράκια τσέπης και τα ηλεκτρονικά ρολογια έχουν μικρές κυψέλες γεμάτες με πολικά μεγαλομόρια. Στα άκρα προσανατολίζονται και πολώνουν το φως. Η επάνω πλάκα είναι πολωτική με γωνία 90 μοίρες. Η γραμμή που φορτίζεται και πολώνεται φαίνεται μαύρη κάτω από το εξωτερικό τζάμι της οθόνης. Με αυτό το σύστημα γίνονται και τα τζάμια σκούρα όπως για παράδειγμα τα καινούρια πολωτικά γυαλιά (polarized). Η πόλωση του φωτός μπορεί να διακριθεί σε μερική και ολική ή γραμμική. Μερικώς πολωμένο φως παράγεται όταν τα επίπεδα ταλάντωσης του ηλεκτρικού πεδίου είναι περισσότερα από ένα ενώ ολικά πολωμένο φως παράγεται όταν το επίπεδο ταλάντωσης του ηλεκτρικού πεδίου είναι ένα.

Πόλωση του φωτός

Η πόλωση του φωτός μπορεί να γίνει με:

• Πόλωση από ανάκλαση (Φαινόμενο φυσικής πόλωσης).
• Πόλωση από σκέδαση.
• Χρησιμοποιώντας πολωτικό φίλτρο (πολωτής).

Φυσική πόλωση

Μη πολωμένο φως προσπίπτει σε διαχωριστική επιφάνεια δύο υλικών. Η ανακλώμενη και διαθλώμενη ακτίνα είναι ελαφρά πολωμένες.

Cetonia-aurata: ανακλά κυκλικά πολωμένο φως.

Όταν το φως προσπίπτει σε μία υλική επιφάνεια, ένα μέρος του διεισδύει στο σώμα (διάθλαση) και ένα άλλο μέρος ανακλάται. Υπάρχει και μια συνήθως αμελητέα ποσότητα του φωτός η οποία απορροφάται από το σώμα (θέρμανση) ή διαχέεται (διάχυση) ή σκεδάζεται (σκέδαση) και άλλα. Το ανακλώμενο φως πολώνεται ελαφρά με επίπεδο πόλωσης το ίδιο με το υλικό επίπεδο, ενώ το διαθλώμενο πολώνεται προς το κάθετο στην επιφάνεια επίπεδο. Όταν η γωνία πρόσπτωσης είναι 0° ή περίπου 90° το ανακλώμενο φως δεν είναι πολωμένο και μόνο στις ενδιάμεσες γωνίες το ανακλώμενο φως είναι ελαφρά πολωμένο. Η πόλωση μεγιστοποιείται όταν αντανακλάται περίπου σε γωνία 56° σε σχέση με τον ορίζοντα (ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης Μπρούστερ ή γωνία ολικής πόλωσης του φωτός). Τότε η ανακλώμενη ακτίνα είναι κάθετη στην διαθλώμενη ακτίνα.

Στη φύση υπάρχουν μηχανισμοί που συστηματικά δημιουργούν κυκλικά πολωμένο φως. Έχει παρατηρηθεί σε διάφορα σκαθάρια ότι το φως που ανακλούν είναι κυκλικά πολωμένο.

Πόλωση από σκέδαση

Παράδειγμα πόλωσης από σκέδαση έχουμε στο ορατό φως το οποίο προσπίπτει στα μόρια του αέρα, απορροφάται και επανεκπέμπεται σε όλες τις κατευθύνσεις χωρίς να αλλάζουν οι συχνότητες των επιμέρους ακτίνων του. Την πόλωση του φωτός από τον ουρανό την χρησιμοποιούν οι μέλισσες για πλοήγηση).

Στην πόλωση από σκέδαση οφείλεται ότι ο αίθριος ουρανός (ατμόσφαιρα), έχει κατά την ημέρα παντού το μπλε χρώμα το οποίο διαχέεται και δεν είναι σκοτεινός-σκούρος με πηγή φωτός μόνο τον ήλιο.

Πολωτικό φίλτρο

Περιστροφής δακτυλιδιού φωτογραφικού φίλτρου πόλωσης μπροστά σε μια οθόνη υγρών κρυστάλλων (LCD). Όταν στα δύο φίλτρα συμπίπτουν τα επίπεδα (έχουν διαφορά γωνίας 0°) το πολωμένο φως διέρχεται αφιλτράριστο. Όταν τα δύο φίλτρα έχουν διαφορά γωνίας 90° το πολωμένο φως έχουμε ανακοπή του πολωμένου φωτός.

Η πόλωση του φωτός μπορεί να γίνει με έναν πολωτή ο οποίος περιέχει ένα πολωτικό φίλτρο. Όταν το φως προσπέσει σε ένα πολωτικό φίλτρο θα εξέλθει γραμμικά πολωμένο με επίπεδο ταλάντωσης καθορισμένο από το υλικό του φίλτρου (γραμμικά πολωμένο παράλληλα στο επίπεδο πόλωσης του πλακιδίου (υλικό φίλτρου)). Ένας πολωτής επιτρέπει την πλήρη διέλευση όλων των κυμάτων φωτός που είναι πολωμένα στο ίδιο επίπεδο με το υλικό του πολωτικού φίλτρου και ανακόπτει όλα τα κύματα που είναι πολωμένα κάθετα στο επίπεδο του υλικού του πολωτικού φίλτρου.

Χρησιμοποιώντας 2 πολωτικά φίλτρα και περιστρέφοντας το ένα από τα δύο ώστε το επίπεδο του ενός να είναι σε γωνία 90° από του άλλου μπορούμε να επιτύχουμε ανακοπή του πολωμένου φωτός. Όταν τα επίπεδα των δύο πολωτών είναι 0° (δηλαδή συμπίπτει το επίπεδο) το πολωμένο φως διέρχεται αφιλτράριστο. Όταν τα δύο φίλτρα έχουν γωνία ενδιάμεση 0° - 90° το πολωμένο φως διέρχεται μερικώς.

Το πολωτικό φίλτρο βρίσκει εφαρμογές στην κατασκευή των παρμπρίζ αλλά και των κρυστάλλων που καλύπτουν τα φώτα των αυτοκινήτων. Το κρύσταλλο των φώτων μαζί με το παρμπρίζ λειτουργούν ως πολωτικά φίλτρα ρυθμισμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να αποκόβεται το πολωμένο φως και να αποφεύγεται η ενόχληση των φώτων στους οδηγούς. Πολωτικά φίλτρα χρησιμοποιούνται και στην φωτογραφία, προκειμένου να βγει πιο σκούρο το μπλε χρώμα του ουρανού ή να μειωθούν οι αντανακλάσεις από επιφάνειες όπως το γυαλί και το νερό.