Polarisation | en egenskap hos vissa typer av vågor

Ljus

Ljus som reflekteras av glänsande transparenta material är delvis eller helt polariserat, utom när ljuset är vinkelrätt mot ytan. Polarisation upptäcktes först 1808 av matematikern Etienne Louis Malus. Ett polariserande filter, t.ex. ett par polariserande solglasögon, kan användas för att observera denna effekt genom att rotera filtret medan man tittar genom det på reflektionen från en avlägsen horisontell yta. Vid vissa rotationsvinklar kommer det reflekterade ljuset att reduceras eller elimineras. Polariserande filter avlägsnar ljus som är polariserat i 90° till filtrets polarisationsaxel. Om två polarisatorer placeras ovanpå varandra i 90° vinklar till varandra kan mycket lite ljus passera genom båda.

Polarisering genom spridning observeras när ljuset passerar genom atmosfären. Det spridda ljuset ger upphov till ljusstyrkan och färgerna på en klar himmel. Denna partiella polarisering av det spridda ljuset kan användas för att förmörka himlen i fotografier och öka kontrasten. Denna effekt är lättast att observera vid solnedgången, vid horisonten i en 90° vinkel från den nedåtgående solen. En annan lätt observerad effekt är den drastiska minskningen av ljusstyrkan i bilder av himlen och moln som reflekteras från horisontella ytor. Detta är anledningen till att polariserande filter ofta används i solglasögon. Polariserande solglasögon visar också regnbågsliknande mönster som orsakas av färgberoende dubbelbrytande effekter, till exempel i härdat glas (t.ex. bilrutor) eller föremål tillverkade av genomskinlig plast. Den roll som polarisationen spelar för funktionen hos LCD-skärmar (LCD-skärmar) är också ofta uppenbar för bäraren av polariserande solglasögon, vilket kan minska kontrasten eller till och med göra skärmen oläsbar.

Polarisationsfilter

Polarisering av ljuset är användbart efter att det har filtrerats. Ett filter separerar ljus med en typ av polarisation från andra typer. Det mesta av dagsljuset, eller ljuset från en glödlampa, har en blandning av polarisationer (lasrar är ett undantag). Filtret fungerar ungefär som att försöka stoppa ett spelkort genom en kam - endast om kortet vänds åt rätt håll passar det. Ljus som vänds åt ett annat håll blockeras av filtret. LCD-skärmar (Liquid Crystal Display) använder detta för att blockera ljuset för att skapa bokstäver eller siffror på en display. Glasögon som har olika polarisationsfilter för varje öga kan separera ljus som är avsett för vänster öga och för höger öga. Detta är ett vanligt sätt att göra 3D-filmer och 3D-tv.

I naturen har ljus som studsar mot en yta ibland samma polarisering - detta kallas bländning från ett fönster eller vatten. Ett polarisationsfilter på en kamera tar bort denna bländning för att hjälpa till att se genom fönstret eller vattnet (eller kan öka bländningen, beroende på hur det är vridet).

Fotografiet till höger togs genom polariserande solglasögon och genom bakrutan på en bil. Ljuset från himlen reflekteras av vindrutan på den andra bilen i en vinkel, vilket gör att det mestadels är horisontellt polariserat. Bakrutan är gjord av härdat glas. Spänningar från värmebehandling av glaset förändrar polariseringen av ljus som passerar genom det, som en vågplatta. Utan denna effekt skulle solglasögonen blockera det horisontellt polariserade ljuset som reflekteras från den andra bilens fönster. Spänningen i bakrutan ändrar dock en del av det horisontellt polariserade ljuset till vertikalt polariserat ljus som kan passera genom glasögonen. Som ett resultat av detta blir det regelbundna mönstret från värmebehandlingen synligt.

 
Polariserande solglasögon avslöjar spänningar i bilrutan (se texten för förklaring).  


Effekterna av ett polariserande filter på himlen i ett fotografi. I bilden till höger används filtret.  


Effekten av en polarisator på reflexion från lera. I bilden till vänster är polarisatorn roterad för att släppa igenom reflektionerna så bra som möjligt; genom att rotera polarisatorn 90° (bilden till höger) blockeras nästan allt spekulärt reflekterat solljus.  

Elektromagnetisk

Andra elektromagnetiska vågor har också polarisation, men det kan ske på olika sätt.

Allmän polarisering: Vissa vågor kan beskrivas genom att det elektriska fältet är vinkelrätt mot vågens riktning, och dessa kallas TE-vågor (transversalelektriska vågor). Andra har magnetfältet vinkelrätt mot vågens riktning, och dessa kallas TM-vågor (transversala magnetiska vågor). Detta är de mest allmänna typerna av vågpolarisering. De kan också kallas vertikalt eller horisontellt polariserade vågor. Om både det elektriska fältet och magnetfältet är vinkelrätt mot vågens riktning kallas vågen TEM (transvers elektromagnetisk). Linjär, cirkulär och elliptisk polarisering är specifika fall av TEM-polarisering.

Linjär, cirkulär och elliptisk polarisering är tre specifika typer av TEM-polarisering. De kan inte mätas nära en antenn. Långt bort från en antenn är fälten TEM, så dessa kan användas. De är lätta att föreställa sig om man tittar från på vågen rakt fram.

Linjär polarisering

Om man tittar i vågens riktning är det elektriska fältet en enda rak linje. Om riktningen på det elektriska fältet förblir konstant, även om storleken eller omfattningen tillåts förändras, kallas polarisationstillståndet för linjärt. Detta beror på att spetsen av den elektriska fältvektorn följer en rak linje i det plan som är vinkelrätt mot vågens framåtriktning. (Liknande som att skaka ett hopprep upp och ner och titta på repet från ena änden. Det rörliga repet kommer att få formen av en linje).

Cirkulär polarisering

Om man tittar i vågens riktning, har det elektriska fältet formen av en cirkel. Om storleken på det elektriska fältet är konstant och riktningen kan variera kallas polarisationstillståndet cirkulärt, eftersom spetsen på det elektriska fältet bildar en cirkel i det plan som är vinkelrätt mot vågens framåtriktning. I synnerhet kan cirkeln dras ut med eller moturs (när vågen rör sig iväg). (Detta kan liknas vid att svänga runt ett hopprep för att hoppa, det ger en cirkelform).

Elliptisk polarisering

Detta är som cirkulär polarisation, men magnituden ändras när den roterar och bildar en ellips.