Strona głównaPytania → Jak działają filtry polaryzacyjne?

Jak działają filtry polaryzacyjne?

Pytanie

Pyta Marek

Pytanie dotyczy znanego doświadczenia z dwoma filtrami polaryzacyjnymi. Mamy układ: źródło światła >> dwa identyczne liniowe filtry polaryzacyjne A i B >> obserwator. Światło przechodząc przez filtr A zostaje spolaryzowane (powiedzmy pionowo). Jeśli filtr B jest ustawiony identycznie, to spolaryzowane światło przechodzi dalej i obserwator je widzi. Jeśli filtr B obrócimy o 90°, to nie przepuści on spolaryzowanego pionowo światła i obserwator go nie widzi. Wydaje się więc, że skoro filtr A przepuszcza tylko (?) światło o określonej polaryzacji, to efekt powinien występować natychmiast po obróceniu B o bardzo mały kąt. W rzeczywistości jednak światło zanika stopniowo podczas całego obrotu o 90°. Czy jest to wynikiem niedoskonałości filtrów, czy jakiegoś głębszego zjawiska fizycznego? (Zadaję to pytanie w kontekście doświadczenia z trzema filtrami polaryzacyjnymi.)

Odpowiedź

Odpowiada Piotr Wasylczyk

Efekt o który Pan pyta związany jest z fundamentalnymi zasadami działania polaryzatorów.

Istotnie, polaryzator przepuszcza tylko polaryzację liniową o określonym kierunku. Jednak każda polaryzacja, z wyjątkiem polaryzacji liniowej o kierunku prostopadłym, ma jakąś składową liniową o takim kierunku. I to właśnie ta składowa jest transmitowana przez drugi polaryzator. Na poziomie ilościowym dla polaryzacji liniowych zjawisko to jest opisywane prawem Malusa.

Ciekawą, na pierwszy rzut oka nieoczywistą konsekwencję omawianych zależności można zaobserwować w następującym doświadczeniu. Weźmy jeden polaryzator (nazwijmy go A) i ustawmy jego oś pionowo – przechodzi więc przez niego jedynie polaryzacja liniowa pionowa. Postawmy za nim drugi polaryzator (B) z osią ustawioną poziomo – może on przepuszczać jedynie polaryzację poziomą, a tej w padającym świetle o polaryzacji pionowej brak. Mamy więc całkowitą transmisję przez skrzyżowane polaryzatory A i B równą zero – do tej pory nie ma tu nic zaskakującego. Pytanie: co się stanie, jeśli między skrzyżowane polaryzatory wstawimy trzeci (C), z osią zorientowaną pod kątem 45 stopni do pionu? Wynik doświadczenia może dziwić: za poziomym polaryzatorem B obserwujemy transmitowane światło. Jak to się stało? Otóż polaryzator C przepuszcza składową skierowaną wzdłuż jego osi, a ta dla docierającej do niego polaryzacji pionowej jest niezerowa. Na polaryzator B pada teraz światło o polaryzacji skierowanej pod kątem 45 stopni, które z kolei ma niezerową składową poziomą i to właśnie ta składowa jest odpowiedzialna za transmisję przez cały układ.

Pytanie (dla dociekliwych): czy można między dwa skrzyżowane polaryzatory wstawić taki układa polaryzatorów (dowolnie wielu), by transmisja przez cały układ była równa (bądź dowolnie bliska) jedności?

Na koniec warto wspomnieć, iż rzeczywiste polaryzatory ani nie przepuszczają całości światła o „dobrej” (równoległej do ich osi) polaryzacji, ani nie odcinają całkowicie polaryzacji prostopadłej. Konkretne parametry zależą od konstrukcji i jakości wykonania polaryzatora.