Polarizáció fizikai leírása
[Ábraforrás: http://berkeleyphysicsdemos.net/node/602]
A Malus-féle kísérlet azt mutatja, hogy a fény polarizálható.
Az A üveg lemezre 57 fokban beeső fény esetén a visszavert fény részben polarizált lesz. Amennyiben az A üveglemezről visszavert fény is 57 fokban esik be a B üveglemezre, az arról visszavert sugár intenzitása változik, amint a B üveglemezt forgatjuk a két üveglemez közötti nyaláb által meghatározott tengely körül.
A fény polarizálhatósága azt mutatja, hogy a fény transzverzális hullám.
A fényhullámok transzverzális természete a Maxwell-féle egyenletekből levezethető, ami azt mutatja, hogy az elektromágneses fényelmélet számot ad a polarizációról is.
A tapasztalat szerint, ha egy átlátszó közegre természetes fény esik, és a megtört és a visszavert sugarak egymásra merőlegesek, akkor a visszavert fény lineárisan poláros, és a rezgési síkja merőleges a beesési síkra (Brewster törvénye). Ezt a beesési szöget nevezik Brewster-féle (vagy polarizációs) szögnek. A Malus-féle kísérletnél használt üveglemezre a polarizációs szög 57°. Éppen ezért 57°-os a beesési szög a kísérletnél!
[Ábraforrás: Steinbach Gábor PhD értekezés]
A fényhullám fontos állapotjelzője a polarizációs tulajdonsága, amelyet az elektromos térerősség vektorának síkjával határozunk meg.
Egy szokványos fényforrás esetében nincs ilyen rezgési sík: ebben az esetben polarizálatlan fényről beszélünk. A lineárisan poláros fény esetében az elektromos vektor egy kitüntetett síkban rezeg. A b, c és d ábrák különböző síkok mentén polarizált lineárisan poláros hullámokat mutatnak be.
Speciális polarizációs állapot valósul meg akkor is, ha az E vektor nem egy síkot tart meg, hanem spirálisan – kör vagy ellipszis mentén – körbejárja a terjedés irányát: ebben az esetben cirkulárisan, ill. elliptikusan poláros fényről beszélünk. Ha a forgás – a hullámterjedés irányából nézve – jobbra történik, akkor jobbra (e ábra), ha balra, akkor balra (e ábra) cirkulárisan poláros hullámnak nevezzük.
Az eredő elektromos térerősség zölddel, az E vektor függőleges és vízszintes komponensei rendre sárgával és kékkel jelölve.
[Ábraforrás: http://cserti.web.elte.hu/okt/O_SpR-5.pdf]
A Jones-vektor (polarizációs vektor) különböző polarizációk esetén.
Az elektromos tér vektora felbontható tetszőleges koordinátarendszerben vett összetevőkre: meghatározható ez által az adott síkra vonatkozó polarizációs komponens nagysága. A síkkal párhuzamos polárszűrőn csak ez a komponens jut át.
[Ábraforrás: http://cserti.web.elte.hu/okt/O_SpR-5.pdf]
Brewster-törvénye alapján azt várhatnánk, hogy a közegbe behatoló fény is olyan lineárisan poláros lesz, amelynek a rezgési síkja a beesési sík.
A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy a polarizációs szög alatt beeső természetes fény esetén a közegbe behatoló fény csak részlegesen poláros. Egy analizátort forgatva maximális fényintenzitást kapunk a beesési síkkal párhuzamos állásnál, míg minimális intenzitást erre merőleges állású (keresztezett) analizátorra.
Q – a fény polarizációs foka, amely az Jmax és Jmin - az analizátor forgatásakor mért maximális és minimális intenzitás.
Az átmenő fény polarizációs foka további töréseknél mindig növekszik, így egyre inkább megközelíti az 1 értéket. Így az ábrán látható üveglemez-sorozattal gyakorlatilag az átmenő fény is lineárisan polárossá tehető.