Strona głównaPytania → Zmiana polaryzacji światła

Zmiana polaryzacji światła

Pytanie

Pyta Kamil

Czy spolaryzowane liniowo światło może ulec depolaryzacji przy rozproszeniu na małej kulce wodnej?

Odpowiedź

Odpowiada Jan Gaj

Odpowiedź krótka: Nie na jednej. Może jednak zmienić kierunek polaryzacji. Jeżeli więc światło będzie się rozpraszać na zbiorze małych kropelek, możemy spodziewać się, że uśrednienie wielokrotnych rozproszeń doprowadzi do znacznego zmniejszenia stopnia polaryzacji.

Wyjaśnienie: W zależności od rozmiaru kropelki obraz fizyczny zmiany kierunku polaryzacji światła będzie różny.

1. Dla kropelki bardzo małej w porównaniu do długości fali możemy przyjąć, że pole elektryczne fali jest na obszarze kropelki jednorodne. Pole to indukuje w kropelce dipol elektryczny – rozsunięcie między ładunkami dodatnimi i ujemnymi wzdłuż pola, a więc w kierunku odpowiadającym polaryzacji padającego światła. Ten dipol oscyluje z częstością fali świetlnej i promieniuje falę wtórną we wszystkich kierunkach nie leżących na osi dipola. Polaryzacja fali wtórnej jest zgodna z polaryzacją fali pierwotnej tylko dla kierunku rozchodzenia w płaszczyźnie prostopadłej do osi dipola. Dla innych kierunków rozchodzenia się kierunek polaryzacji musi się zmienić aby spełnić warunek poprzeczności fali świetlnej. A więc oczekujemy na ogół zmiany kierunku polaryzacji. 2. Dla kropelki znacznie większej od długości fali świetlnej właściwym narzędziem jest optyka geometryczna. Opisujemy wtedy zmianę kierunku światła poprzez zjawiska odbicia i załamania. Podobnie, jak w poprzednim przypadku, warunek poprzeczności fali świetlnej na ogół wymaga zmiany kierunku polaryzacji przy odbiciu lub załamaniu. W dodatku w czasie tych procesów (jeżeli tylko kąt padania jest różny od zera) amplituda fali odbitej lub załamanej jest różna dla polaryzacji w płaszczyźnie padania niż dla polaryzacji do niej prostopadłej. W skrajnym przypadku światła padającego pod kątem Brewstera dla polaryzacji w płaszczyźnie padania odbicie wcale nie zachodzi. Przy kierunku polaryzacji, który ani nie leży w płaszczyźnie padania ani nie jest do niej prostopadły, pole elektryczne fali trzeba odpowiednio rozłożyć na dwie składowe. Po odbiciu lub załamaniu każda z fal składowych inaczej zmieni swoją amplitudę, co także przyczyni się do zmiany kierunku polaryzacji.

W obu przypadkach spodziewamy się więc zmiany stanu (kierunku) polaryzacji światła po oddziaływaniu z kropelką, z wyjątkiem szczególnych wartości kąta padania i obserwacji oraz kierunku polaryzacji. Światło pozostanie jednak spolaryzowane.

Uwaga dodatkowa: Warto zauważyć, że rozproszenie może też wywołać polaryzację światła. Efekt ten jest szczególnie wyraźny przy zmianie kierunku o 90 stopni w pierwszym z powyższych przypadków. Wtedy światło rozproszone będzie całkowicie spolaryzowane w kierunku prostopadłym do płaszczyzny utworzonej przez promień padający i rozproszony. Zjawisko tego rodzaju można zaobserwować patrząc przez filtr polaryzacyjny na niebo w kierunku prostopadłym do przychodzących do nas bezpośrednio promieni słonecznych – obracając filtr zobaczymy, że jasność obserwowanego przezeń nieba zmienia się.

Więcej na te tematy można się dowiedzieć z podręczników optyki lub z Encyklopedii Fizyki wydanej przez PWN.