Types de polarisation légère, exemples, applications

La Polarisation légère C'est le phénomène qui se produit lorsque l'onde électromagnétique qui constitue une lumière visible oscille dans une direction préférentielle. Une onde électromagnétique est composée d'une onde électrique et d'une onde magnétique, toutes deux transversales à la direction de propagation. L'oscillation magnétique est simultanée et inséparable à partir de l'oscillation électrique et se produit dans des directions mutuellement orthogonales.

La lumière que la plupart des sources lumineuses émettent, comme le soleil ou une ampoule, est non polarisée, ce qui signifie que les deux composants: électrique et magnétique, oscillent dans toutes les directions possibles, bien que toujours perpendiculaire à la direction de propagation. 

Mais lorsqu'il y a une direction préférentielle ou d'oscillation du composant électrique, il est question d'une onde électromagnétique polarisée. De plus, si la fréquence d'oscillation est dans le spectre visible, alors on parle de lumière polarisée.

Ensuite, nous verrons les types de polarisation et de phénomènes physiques qui produisent une lumière polarisée.

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Types de polarisation

Polarisation linéaire

Le diagramme d'une onde électromagnétique avec polarisation linéaire est montré. Le champ électrique oscille parallèle à l'axe x, tandis que le champ magnétique oscille simultanément à l'électricité mais dans la direction et la direction. Les deux oscillations sont perpendiculaires à la direction de propagation z. Source: Wikimedia Commons.

La polarisation linéaire se produit lorsque le plan d'oscillation du champ électrique de l'onde lumineuse a une seule direction, perpendiculaire à la direction de propagation. Cet avion est pris, par convention, comme le plan de polarisation.

Et la composante magnétique se comporte de la même manière: sa direction est perpendiculaire à la composante électrique de l'onde, elle est unique et est également perpendiculaire à la direction de propagation. 

La figure supérieure montre une onde polarisée linéairement. Dans le cas, le vecteur de champ électrique oscille parallèle à l'axe x, tandis que le vecteur de champ magnétique oscille simultanément à l'électricité, mais dans la direction et la direction et. Les deux oscillations sont perpendiculaires à la direction de propagation z.

Il peut être eu une linéarisation oblique en raison du chevauchement de deux ondes qui oscillent en phase et ont des plans de polarisation orthogonaux, tels que le cas montré sur la figure inférieure, qui montre en bleu le plan d'oscillation du champ électrique dans l'onde légère.

Peut vous servir: vague sénoïde: caractéristiques, pièces, calcul, exemplesL'onde bleue représente l'oscillation du champ électrique d'une onde électromagnétique avec une polarisation linéaire oblique en raison du chevauchement de deux composants du champ polarisé linéairement dans les plans orthogonaux. Source: Wikimedia Commons.

Polarisation circulaire

Dans ce cas, l'amplitude des champs électriques et magnétiques de l'onde lumineuse a une ampleur constante, mais sa direction s'arrête avec une rapidité angulaire constante dans la direction transversale vers la direction de propagation.

La figure inférieure montre le tour de l'amplitude du champ électrique (en rouge). Ce tour résulte de la somme ou du chevauchement de deux vagues avec la même amplitude et polarisée linéairement dans les plans orthogonaux, dont la différence de phase est π / 2 radians. Ils sont représentés dans la figure inférieure comme des ondes bleues et vertes respectivement.

Polarisation circulaire. Source: Wikimedia Commons

La façon d'écrire mathématiquement X et et du champ électrique d'une onde avec Polarisation circulaire dextrogy, d'amplitude Eo Et cela se propage dans la direction z est:

ET = (Ex Toi; Hé J; EZ k) = Eo (cos [(2π / λ) (c t - z)]] Toi; Cos [(2π / λ) (c t - z) - π / 2] J; 0 k)

Au lieu de cela, une vague avec Polarisation circulaire de Levógira d'amplitude Eo qui se propage dans la direction z Il est représenté par:

ET = (Ex Toi; Hé J; EZ k) = Eo (cos [(2π / λ) (c t - z)]] Toi, Cos [(2π / λ) (c t - z) + π / 2] J, 0 k)

Notez que le signe est modifié dans la différence de phase d'une onde de composante et, Concernant le composant X.

Les deux pour l'affaire dextro-rotatoire comme lévogiro, Le vecteur de champ magnétique B Il est lié au vecteur de champ électrique ET par produit vectoriel entre le vecteur unitaire dans le sens de propagation et ET, y compris un facteur d'échelle égal à l'inverse de la vitesse de la lumière:

B = (1 / c) ou_z ｘ ET

Polarisation elliptique

La polarisation elliptique est similaire à la polarisation circulaire, avec la différence que l'amplitude du champ cassé décrivant une ellipse au lieu d'un cercle.

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L'onde à polarisation elliptique est le chevauchement de deux ondes polarisées linéairement dans des plans perpendiculaires avec une avance ou un retard de π / 2 radière dans la phase de l'une par rapport à l'autre, mais avec l'ajout que l'amplitude du champ dans chacun des composants est différente.

Phénomènes dus à la polarisation lumineuse

Réflexion

Lorsqu'un faisceau lumineux non polarisé affecte une surface, par exemple un verre ou la surface de l'eau, une partie de la lumière est réfléchie et la partie transmise. Le composant réfléchi a une polarisation partielle, à moins que l'incidence du faisceau ne soit perpendiculaire à la surface. 

Dans le cas particulier que l'angle du faisceau réfléchi forme un angle droit avec le faisceau transmis, la lumière réfléchie a une polarisation linéaire totale, dans la direction normale au plan d'incidence et parallèle à la surface réfléchissante. L'angle d'incidence qui produit une polarisation totale par réflexion est connu sous le nom Angle de Brewster.

Absorption sélective

Certains matériaux permettent la transmission sélective d'un certain plan de polarisation de la composante électrique de l'onde lumineuse. 

Il s'agit de la propriété utilisée pour la fabrication de filtres polarisants, dans lesquels un polymère basé sur un polymère étiré à la limite et aligné par la grille, compacté entre deux feuilles de verre est généralement utilisé.

Une telle disposition agit comme une grille conductrice qui "court-circuire" la composante électrique de l'onde le long des vergetures, et permet le passage des composants transversaux vers le fibrado polymère. La lumière transmise est ainsi polarisée dans la direction transversale de la.

Placer un deuxième filtre polarisant (appelé l'analyseur) dans la lumière déjà polarisée, vous pouvez obtenir un effet d'obturation.

Lorsque l'orientation de l'analyseur coïncide avec le plan de polarisation de la lumière incidente, toute la lumière passe, mais pour la direction orthogonale, la lumière est complètement éteinte.

Pour les positions intermédiaires, il y a une lumière partielle de la lumière, dont l'intensité varie selon le Loi de Malus:

I = io cos²(θ).

Peut vous servir: flux de champ électrique

Birrefringecia cristallin

Déplacement de la lumière à travers le verre birrefringent

La lumière dans un vide, comme chaque onde électromagnétique, se propage à une vitesse c d'environ 300.000 km / s. Mais dans un milieu translucide, sa vitesse V est un peu mineur. Le quotient entre c et V est appelé indice de réfraction du médium translucide.

Dans certains cristaux, comme la calcite, l'indice de réfraction est différent pour chaque composant de polarisation. Pour cette raison, lorsqu'un faisceau lumineux traverse un cristal de birrefringence, le faisceau est séparé en deux faisceaux avec une polarisation linéaire dans des directions orthogonales, comme vérifié avec un filtre d'analyseur polarisant.

Exemples de polarisation lumineuse

La lumière réfléchie par la surface de la mer ou d'un lac a une polarisation partielle. La lumière du ciel bleu, mais pas celle des nuages, est partiellement polarisée.

Certains insectes tels que Beetle CEtonia Aurerata reflète la lumière avec la polarisation circulaire. La figure inférieure montre ce phénomène intéressant, dans lequel successivement la lumière réfléchie par le scarabée sans filtres peut être observée, avec un filtre polarisant droit puis avec un filtre polarisant gauche.

De plus, un miroir a été placé qui produit une image avec un état de polarisation inversé par rapport à celui de la lumière directement réfléchie par le scarabée.

Polarisation circulaire droite produite par Cetonia aratrata Beetle. Source: Wikimedia Commons.

Applications de polarisation lumineuse

Des filtres polarisants sont utilisés en photographie pour éliminer les flashs produits par la lumière réfléchie par des surfaces réfléchissantes telles que l'eau.

Ils sont également utilisés pour éliminer la lueur produite par la lumière du ciel bleu partiellement polarisé, de cette façon, des photographies avec un meilleur contraste sont obtenues.

En chimie, ainsi que dans l'industrie alimentaire, un instrument appelé polarimètre, qui permet de mesurer la concentration de certaines substances qui en solution produisent une rotation de l'angle de polarisation.

Par exemple, en passant la lumière polarisée et à l'aide d'un polarimètre, la concentration de sucre dans les jus et les boissons peut être déterminée pour vérifier qu'elle correspond aux normes du fabricant et aux contrôles sanitaires.

Les références

1. Goldstein, D. Lumière polarisée. New York: Marcel Dekker, Inc, 2003.
2. Jenkins, F. POUR. 2001. Fondamentaux de l'optique. NY: Higher Education McGraw Hill.
3. Saleh, bahaa et. POUR. 1991. Fondamentaux de la photonique. Canada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. 1990. Optique moderne. John Wiley & Sons Canada.
5. Bohren, C.F. 1998. Absorption et dispersion de la lumière par les petites particules. Canada: John Wiley & Sons.
6. Wikipédia. Polarisation électromagnétique. Récupéré de: est.Wikipédia.com