Polarisaatio

Tähän artikkeliin tai osioon ei ole merkitty lähteitä, joten tiedot kannattaa tarkistaa muista tietolähteistä. Voit auttaa Wikipediaa lisäämällä artikkeliin tarkistettavissa olevia lähteitä ja merkitsemällä ne ohjeen mukaan. Tarkennus: pääosin lähteetön

Polarisaatio on poikittaiseen aaltoliikkeeseen liittyvä käsite, jolla tarkoitetaan aaltoliikkeen värähtelyjen amplitudin suuntariippuvuutta aallon etenemissuuntaan nähden kohtisuorassa tasossa. Poikittaiset mekaanisetkin aallot voivat olla polarisoituneita, mutta tavallisimmin polarisaatiosta puhutaan valon tai muun sähkömagneettisen säteilyn yhteydessä. Étienne-Louis Malus ensimmäisenä löysi valon polarisoitumisen sen heijastuessa pinnasta^[1].

Sähkömagneettisen säteilyn sähkö- (ja magneettikenttä) värähtelevät säteilyn etenemissuuntaan nähden kohtisuorassa tasossa. Polarisaatio kertoo, miten sähkökenttävektorin suunta käyttäytyy tässä tasossa. Polarisaation erikoistapauksia ovat mm. polarisoitumattomuus, lineaarinen- ja ympyräpolarisaatio.

Tavanomaisen valolähteen, kuten lampun ja kynttilän, lähettämässä valossa sähkö- ja magneettikenttä värähtelevät satunnaisesti kaikkiin suuntiin eli valo on polarisoitumatonta. Sinitaivaan valo on heikosti polarisoitunutta. Nestekidenäytöissä on polarisoiva kalvo, jonka takia niiden lähettämä valo on voimakkaasti polarisoitunutta. Jotkut ihmiset pystyvät havaitsemaan polarisaation paljain silmin Haidingerin lyhteen avulla.

Jos sähkökenttä värähtelee vain yhteen suuntaan, valon sanotaan olevan täysin polarisoitunutta. Tavallisesti polarisoidusta valosta puhuttaessa tarkoitetaan tasopolarisoitua (lineaarista) valoa.

• Lineaarisesti polarisoituneen sähkömagneettisen säteilyn sähkökentän E värähtelysuunta ${\displaystyle \mathbf {\hat {e}} }$ on paikan r ja ajan t funktiona vakio, ts.

${\displaystyle \mathbf {E} (\mathbf {r} ,t)=E(\mathbf {r} )\cos(\omega t)\mathbf {\hat {e}} ,}$

missä ${\displaystyle \mathbf {\hat {e}} }$ on säteilyn etenemissuuntaa vastaan kohtisuorassa tasossa oleva yksikkövektori ja ${\displaystyle \omega }$ on säteilyn kulmataajuus.

• Ympyräpolaroituneessa tapauksessa sähkökentän amplitudin normi E on vakio, mutta sähkökenttävektori kiertyy paikan ja ajan funktiona tasaisella kulmanopeudella ${\displaystyle \omega }$ kentän etenemissuuntaa vastaan kohtisuorassa tasossa, esimerkiksi

${\displaystyle \mathbf {E} (\mathbf {r} ,t)=E(\mathbf {r} )\cos(\omega t)\mathbf {\hat {i}} +E(\mathbf {r} )\sin(\omega t)\mathbf {\hat {j}} ,}$

missä yksikkövektorit ${\displaystyle \mathbf {\hat {i}} }$ ja ${\displaystyle \mathbf {\hat {j}} }$ ovat sekä toisiaan että säteilyn etenemissuuntaa vastaan kohtisuorassa. Polarisaatio voi olla oikea- tai vasenkätistä sen mukaan muodostavatko yksikkövektorien suunnat ja etenemissuunta oikea- vai vasenkätisen koordinaatiston.

Polarisaatiota voi aiheuttaa aallon heijastuminen eristeestä kuten lasista tai vedestä tai aallon kulkeminen erittäin ohuen raon läpi. Valo polarisoituu myös kulkiessaan tietyistä aineista koostuvien kiteiden läpi, ja tällaisista aineista voidaankin valmistaa polarisaattori. Radioaaltoja voidaan polarisoida eri tavoin lähetysantennien avulla.

Metallipinnasta heijastunut valo polarisoituu erittäin heikosti.

Jos polarisoitumaton valo kokonaisheijastuu kahden optisesti läpinäkyvän väliaineen rajapinnasta, se on edelleenkin polarisoitumatonta. Valo polarisoituu silloin, kun se tulee vinosti väliaineiden rajapintaan, jossa se heijastuu ja mahdollisesti taittuu. Tällöin sekä heijastunut- että taittunut valo ovat osittain polarisoituneet.

Lineaarisesti polarisoitunut aalto (tasopolarisoitunut)

Ympyräpolarisoitunut aalto

Elliptisesti polarisoitunut aalto

1. ↑ Étienne-Louis Malus Britannica. Viitattu 28.8.2023. (englanniksi)