Dlaczego polaryzacja światła jest taka ważna?

Pytanie

Pyta Konrad

Dlaczego polaryzacja światła jest taka ważna? Czemu zwraca się na nią tyle uwagi na wykładach? Jak w skali mikro działają polaryzatory? Wiem, że przepuszczają światło o odpowiedniej polaryzacji, ale jaki jest mechanizm kwantowy tego zjawiska?

Odpowiedź

Odpowiada dr Marcin Badziak

Polaryzacja jest jedną z podstawowych charakterystyk światła, która między innymi wpływa na to jak światło oddziałuje z materią. Znajduje ona również wiele praktycznych zastosowań, chociażby w takich urządzeniach jak radar czy lidar, lub w przedmiotach codziennego użytku, takich jak okulary przeciwsłoneczne.

Na poziomie kwantowym polaryzacja światła jest związana ze spinem fotonów. Spin fotonu wynosi 1 (w jednostkach $\hbar$), a rzut spinu fotonu na pewien określony kierunek może przyjmować wartość 1 lub -1. Często używa się pojęcia fotonu lewo- i prawoskrętnego do rozróżnienia stanów o różnym rzucie spinu na kierunek ruchu. Wiązka fotonów, z których każdy ma tą samą wartość rzutu spinu na kierunek propagacji fotonów, odpowiada na poziomie klasycznym fali elektromagnetycznej spolaryzowanej kołowo. Z kolei światło spolaryzowane liniowo odpowiada wiązce fotonów, z których każdy jest superpozycją stanów prawo- i lewoskrętnego wchodzących z tą samą wagą (tzn. prawdopodobieństwo zaobserwowania w wyniku pomiaru fotonu prawoskrętnego jest takie samo jak prawdopodobieństwo zaobserwowania fotonu lewoskrętnego). Niespolaryzowane światło to wiązka fotonów będących różnymi superpozycjami stanów prawo- i lewoskrętnych.

Oddziaływanie fotonów z materią różni się w zależności od tego w jakim stanie spinowym jest foton. Materiały które są dobrymi polaryzatorami to takie, których oddziaływanie z lewo- i prawoskrętnymi fotonami jest bardzo różne, np. dobrze absorbują fotony o jednej skrętności, a słabo oddziałują z fotonami o skrętności przeciwnej.