Polarisatsioon

Polarisatsioon on lainete võnkesuunda kirjeldav omadus. Lained, millel on eelistatud võnkumissuund, on polariseeritud lained. Polarisatsioon esineb ainult ristlainetel (lainetel, mille levimis- ja võnkumissuunad on erinevad). Polariseeritavad on näiteks elektromagnetlained, kuid mitte helilained, mis on pikilained.

Polarisatsiooniliigid

Järgmised joonised kujutavad elektrivälja vektori (must) muutumist ajas (vertikaaltelg) koos eraldi välja toodud elektrivälja x-komponendi (punane/vasakpoolne) ja y-komponendiga (sinine/parempoolne). Kuigi x- ja y-komponendid on definitsiooni poolest alati teineteise ja laine liikumissuunaga risti, võivad nad erineda faasi ja amplituudi poolest. Tuleb märkida, et x- ja y-komponentideks jaotamine on vaid abivahend laine visualiseerimiseks ning seda saab teha ükskõik milliste lainete korral.

Linear polarization diagram

Lineaarselt polariseeritud

Circular polarization diagram

Ringpolariseeritud

Elliptical polarization diagram

Elliptiliselt polariseeritud

Lineaarse polarisatsiooni korral on x- ja y-komponendid faasis ning igal ajahetkel on nende amplituudide summa sama. Sellest tulenevalt liigub nende vektorsumma ehk elektrivälja vektori otspunkt ajas edasi liikudes mööda ajateljega risti olevat sirgjoont.

Ringpolarisatsiooni korral on x- ja y-komponentide faasnihe 90° (veerand faasi), kuid nende amplituud on sama. Elektrivälja vektori otspunkt liigub ajas edasi liikudes mööda ajateljega risti olevat ringjoont. Olenevalt sellest, kas 90° võrra on teisest komponendist on ees x- või y-vektor, liigub pikki ajatelge vaadates elektrivälja vektor kas päri- või vastupäeva. Ringpolariseeritud valgus liigitatakse seetõttu kiraalsuse järgi vastavalt parema- ja vasakukäeliseks.

Elliptilise polarisatsiooni korral peab kas a) faasnihe olema 90° ja amplituud olema erinev või b) nende faasnihe pole 90°, kuid nende faaside erinevuse ja amplituudide suhe on pidev suurus. Sellisel puhul liigub elektrivälja vektori otspunkt ajas edasi liikudes mööda ajateljega risti olevat ellipsit. Ka elliptiliselt polariseeritud laineid saab jaotada kiraalsuse järgi.

Polarisatsioon praktikas

Kõige levinum on kiirgustest valguse polariseerimine ning sellel on ka kõige rohkem kasutusalasid.

Valguse polariseerimine

Kolm põhilist valguse polariseerimise meetodit on järgmised:

• Polarisatsioon hajumise teel, mis saab alguse, kui tavaline valgus tabab võnkuvat osakest, millesse ta neeldub ning siis uuesti hajuvalt välja kiirgub. Kõige rohkem valgust kiirgub välja osakese võnkumise suunaga risti olevas suunas. Selles suunas on ka valguse polarisatsioon suurim, teistes suundades on see ainult osaline ning võnkumissuunas puudub see täielikult. Sellel meetodil tekib lineaarselt polariseeritud valgus. Rayleigh' hajumine, mille põhjustavad samuti võnkuvad osakesed, annab taevale sinise tooni, kuna see toimub tugevamini lühematel lainepikkustel. Kuna Rayleigh' hajumine toimub võnkuvatelt osakestelt, on osa maale jõudvast päikesevalgusest õhu poolt polariseeritud.
• Polarisatsioon peegeldumisel on 100%, kui valgus langeb peegelpinnale Brewsteri nurga all. Sellisel peegeldumisel on kogu valgus polariseeritud ning elektrivälja vektorid on paralleelsed peegelpinnaga.
• Polarisatsioon kaksikmurdumise teel on kasutuses kaheselt polariseeritud valguse lahutamiseks, kui selles valguses esinevad kaks polarisatsioonisuunda on omavahel risti. See on võimalik, kuna osades materjalides on erinevate polarisatsioonisuundadega valguskiirgusel erinevad murdumisnäitajad. Nõnda on võimalik luua prismasid, milles toimub valitud polarisatsioonisuunaga valgusele täielik sisepeegeldumine, kuid sellega ristioleva polarisatsioonisuunaga valgus läbib prisma.

Polarisatsiooni ärakasutamine

Tänu sellele, et osa looduslikust valgusest on polariseeritud, on välja töötatud polarisatsioonifiltritega päikeseprillid, mis polariseeritud valgust läbi ei lase.

Polariseeritud valgust kasutatakse ära vedelkristallekraanide töös. Kuna päikesevalguse polarisatsioon õhuosakeste poolt tekitab alati päikese suunaga risti oleva polariseeritud valguse, kasutatakse seda ära navigatsioonieesmärkidel. Loomariigis teevad seda mitmed putukad, näiteks mesilased, samuti on polariseeritud valgust suutelised nägema kaheksajalad. 1950. aastatel kasutati polaarekspeditsioonidel olukordades, kus päikest otseselt näha ei olnud, seda efekti kasutavaid "kompasse". Keemias kasutatakse polariseeritud valgust optiliste isomeeride kiraalsuse mõõtmiseks. 3D-kinodes on kummagi silma jaoks mõeldud pilt erineva polarisatsiooniga ning prilliklaasidel on vastavad polarisatsioonifiltrid, et kindlustada kumbagi silma ainult sellele silmale mõeldud pildi jõudmine. Geoloogias kasutatakse polarisatsioonimikroskoope kivimite uurimiseks ja nende koostises olevate mineraalide määramiseks.

Polarisatsioonifiltrid

Polarisatsioonifiltrid ehk lihtsalt polarisaatorid on seadmed, mis muudavad tavalise valguse polariseeritud valguseks. Lihtsaim polarisaator koosneb tihedast ühesuunalisest traatvõrgust. Seda läbiv valgus polariseerub nii, et elektrivälja vektor on risti traatide suunaga. Praktilises kasutuses peab traatide vahe olema väiksem kui valguse lainepikkus ja traatide jämedus sellest tunduvalt väiksem.

Vaata ka

• Laine
• Elektromagnetiline kiirgus
• Dielektriline polarisatsioon