Polarisaatio on keskeinen käsite fysiikan maailmassa. Mitä tulee optiikkaan, polarisaation ymmärtäminen ja manipulointi on yksi tärkeimmistä asioista. Tämän lisäksi polarisaatiosäädön suorittaminen voi olla erittäin hyödyllistä myös useissa kuvantamissovelluksissa.
Polarisoinnin valtavat hyödyt voidaan kuitenkin saada vain, kun tämä valon ominaisuus ymmärretään oikein. Kaksi tärkeää tämän ominaisuuden valotyyppiä ovat polarisoitu ja polaroimaton valo.
Polarisoitu vs polarisoitumaton valo
Polarisoidun ja polarisoimattoman valon ero on siinä, että polarisoitunut valo voidaan tunnistaa, kun valohiukkasten värähtelyt rajoitetaan kokonaan yhteen tasoon. Toisaalta polaroimaton valo voidaan tunnistaa, kun värähtelyt pysyvät hajallaan ja voivat esiintyä useammalla kuin yhdellä tasolla.
Polarisoituneella valolla tarkoitetaan niitä valoaaltoja, joissa valohiukkasten värähtely tapahtuu yhdellä tasolla. Prosessi, jolla sironnutta valoa rajoitetaan tällä tavalla, tunnetaan polarisaationa. Tunnemme useita menetelmiä, jotka voivat auttaa polarisoimaan valoaaltoja. Muutamia mainitakseni, joitain yleisimmin tunnetuista menetelmistä ovat polarisaatio läpäisyllä, heijastuksella, taitolla ja sirontalla.
Polarisoitumattomalla valolla tarkoitetaan niitä valoaaltoja, joissa valohiukkasten värähtely tapahtuu useammalla kuin yhdellä tasolla. Joitakin hyödyllisiä esimerkkejä ovat auringon valoaallot, luokkahuoneen valaiseva lamppu tai pimeän huoneen valaiseva kynttilän liekki, halogeenivalaistus ja jopa LED-valot.
Polarisoidun ja polarisoimattoman valon vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Polarisoitu valo | Polarisoitumaton valo |
| Merkitys | Polarisoidulla valolla tarkoitetaan niitä valoaaltoja, jotka rajoittuvat vain yhteen tasoon. | Polarisoitumattomalla valolla tarkoitetaan niitä valoaaltoja, jotka ovat hajallaan useammalla kuin yhdellä tasolla. |
| Suunta | Polarisoidun valon sähkökentät värähtelevät vain yhteen suuntaan. | Polarisoimattoman valon sähkökentät värähtelevät kaikkiin suuntiin. |
| Luonto | Polarisoidun valon luonne on koherentti. | Polarisoimattoman valon luonne on epäkoherentti. |
| Intensiteetti | Käytetyn polarisaattorin luonne määrää polarisoidun valon voimakkuuden. | Valoaaltojen lähteen luonne määrää polaroimattoman valon voimakkuuden. |
| Tuotanto | Polarisoitua valoa tuotetaan yleensä luonnollisista lähteistä. | Polarisoitumatonta valoa syntyy, kun valoaallot käyvät läpi heijastuksen, sironnan tai ne yksinkertaisesti kulkevat tiettyjen materiaalien läpi. |
| Vaiheero | Vaihe-ero x- ja y-komponenttien välillä on aina vakio. | Vaihe-ero x- ja y-komponenttien välillä muuttuu satunnaisesti. |
Mikä on polarisoitu valo?
Polarisoidulla valolla tarkoitetaan niitä valoaaltoja, joissa valohiukkasten värähtelyt rajoittuvat vain yhteen tasoon. Tässä aaltojen värähtelyn suunta on aina sama. Tämä tarkoittaa, että nämä valoaallot värähtelevät vain yhteen suuntaan. Valoaaltojen muuntamiseen käytetty polarisaattori päättää polarisoidun valon voimakkuuden.
Tämä valon ominaisuus on koherentti. Lisäksi sähkökenttien x- ja y-komponenttien välinen vaihe-ero on aina vakio. Mielenkiintoista on, että luonnonlähteiden lähettämät valot ovat aina polarisoituneita. Prosessia, jolla polaroimaton valo muuttuu polarisoiduksi valoksi, kutsutaan polarisaatioksi. Joitakin yleisiä menetelmiä ovat polarisaatio läpäisyn, heijastuksen, taittumisen ja sironnan avulla.
Polarisoidun valon löysi ensimmäisen kerran vuonna 1669 Erasmus Bartholin. Hän havaitsi, että kaksoiskuva syntyy, kun esineitä tarkastellaan Islannin kiven kiteiden läpi läpäisevässä valossa. Hän havaitsi myös, että kalsiittikiteet jotenkin jakavat valon kahdeksi erilliseksi säteeksi.
Osittain polarisoitunut valo heijastuu, kun valoaallot osuvat dielektrisen materiaalin pintaan. Joitakin esimerkkejä näistä pinnoista ovat hiilihapotettu vesi, lasi, moottoritiet ja jopa muovilevyt. Heijastuneen polarisoidun valon määrä määräytyy näiden pintojen optisten ominaisuuksien perusteella.
Mikä on polarisoimaton valo?
Polarisoitumattomalla valolla tarkoitetaan niitä valoaaltoja, joissa valohiukkasten värähtelyt ovat sironneet. Tämä tarkoittaa, että niitä esiintyy useammassa kuin yhdessä tasossa. Tässä sähkökentät värähtelevät kaikkiin suuntiin ja polkuihin. Polarisoimattoman valon intensiteetti määräytyy sen lähteen luonteen mukaan, josta valo lähtee.
Polarisoimattoman valon tiedetään olevan epäkoherenttia. Se syntyy, kun valoaallot kulkevat heijastus-, sirontaprosessin läpi tai joskus ne yksinkertaisesti kulkevat materiaalin läpi, joka ei polarisoi valoa. Toinen tärkeä asia muistaa tästä konseptista on, että vaihe-ero x- ja y-komponenttien välillä on satunnainen ja muuttuu arvaamattomasti.
Kaksi erillistä vastakkaisesti polarisoitunutta virtaa yhdistyvät yhdeksi polaroimattomaksi valoksi. Nämä kaksi virtaa ovat sellaisia, että toisen intensiteetti on puolet verrattuna toiseen. Tapauksessa, jossa toinen näistä virroista on vaikuttavampi kuin toinen, valoaaltoja kutsutaan osittain polarisoituneiksi.
Polarisoimattoman valon ominaisuudet voidaan määritellä polarisaatioasteen ja polarisoidun valomäärän parametrien perusteella. Lisäksi polarisoitunut valomäärä voidaan kuvata käyttämällä Jonas-vektoria, joka on myös polarisoidun ellipsin vektori.
Tärkeimmät erot polarisoidun ja polarisoimattoman valon välillä
- Polarisoitu valo on rajoitettu yhteen tasoon, kun taas polarisoimattomalla valolla on valohiukkasten värähtelyä useammalla kuin yhdellä tasolla.
- Polarisoidun valon sähkökentät värähtelevät vain yhteen suuntaan, kun taas polarisoimattoman valon sähkökentät värähtelevät kaikkiin suuntiin.
- Polarisoidun valon luonne on koherentti, kun taas polarisoimattoman valon luonne on epäkoherentti.
- Polarisoidun valon voimakkuus määräytyy polaroidin luonteen mukaan, kun taas polaroimattoman valon määrää sen lähteen luonne.
- Polarisoitunut valo tulee yleensä luonnollisista lähteistä, kun taas polaroimaton valo heijastuu, siroaa tai kulkee jonkin polarisoivan materiaalin läpi.
- Polarisoidun valon x- ja y-komponenttien välinen vaihe-ero on aina vakio, kun taas polarisoimattoman valon vaihe-ero on arvaamaton.
Johtopäätös
Erotetuin ominaisuus, joka voi auttaa tunnistamaan eron polarisoidun valon ja polaroimattoman valon välillä, on molempien tasojen lukumäärä. Kun valohiukkasten värähtely tapahtuu polarisoidun valon tapauksessa vain yhdellä tasolla, polarisoimaton valovärähtely esiintyy useammalla kuin yhdellä tasolla.
Toinen suuri ero näiden kahden välillä on niiden sähkökenttien suunta. Polarisoidun valon sähkökentät värähtelevät vain yhteen suuntaan, kun taas polarisoimattoman valon sähkökentät värähtelevät kaikkiin suuntiin.
Nämä kaksi polarisoidun ja polarisoimattoman valon ominaisuutta ovat riittävät erottamaan nämä kaksi toisistaan. On kuitenkin muita suuria eroja, kuten vaihekomponentit, luonne. Lähde, intensiteetti ja paljon muuta.
