Поляризацията (също поляризация) е свойство на някои видове вълни. При поляризацията посоката на трептене на полето или на средата, през която преминава вълната, има определена ориентация спрямо посоката на разпространение. Някои вълни имат движение и в посоката на разпространение, и в посока, перпендикулярна на нея. Например във вода вълната се разпространява по повърхността, но водата се движи и нагоре–надолу по повърхността. Светлинните вълни са подобни на напречни вълни, въпреки че те също могат да се разглеждат и като частици (фотони) с определена поляризация. Звуковите вълни в газове и течности нямат поляризация, тъй като са надлъжни вълни, но в твърди тела съществуват и срязващи (схев) вълни, които могат да бъдат поляризирани. Поляризираните слънчеви очила се възползват от тези трептения, за да намалят отблясъците.

Какво означава поляризация при светлината

При електромагнитните вълни (включително видимата светлина) поляризацията описва ориентацията на електричното (и съответно магнитното) поле в равнината, перпендикулярна на посоката на разпространение. Ако електричното поле трепти в една и съща права линия се казва, че светлината е линейно поляризирана. Ако векторът обикаля кръгообразно или елипсовидно, говорим за кръгова или елиптична поляризация.

Видове поляризация

  • Неполяризирана (естествена) светлина — съставена от вълни с произволни ориентации на електричното поле; пример: слънчева светлина преди разсейване или филтриране.
  • Линейна поляризация — електричното поле трепти винаги в една и съща равнина или посока.
  • Кръгова поляризация — векторът на електричното поле описва кръг при напредването на вълната; има дясна и лява (хендеднес) кръгова поляризация.
  • Елиптична поляризация — най-общият случай; векторът описва елипса.
  • Частична поляризация — комбинация от поляризирана и неполяризирана компонента; реални източници често са частично поляризирани.

Как се постига поляризация

  • Преминаване през поляризиращ филтър — поляризатори (напр. полароидни филтри) пропускат само компонентата на полето, която е успоредна на техния ос.
  • Отражение и разсейване — при определен ъгъл на отражение (Brewster-ов ъгъл) отразената светлина е силно поляризирана; разсейването в атмосферата дава поляризация на небесната светлина.
  • Двойнозаломяване — в анизотропни кристали (напр. калцит) входящият лъч се разделя на два поляризирани лъча с различни скорости.
  • Фазови плочи (quarter-wave, half-wave) — променят фазата между компонентите на електричното поле и могат да превръщат линейна поляризация в кръгова или обратно.
  • Отразяване на метални или проводникови повърхности и решетки — например wire-grid поляризатори за инфрачервен диапазон.

Основни принципи и закони

  • Напречен характер — при електромагнитните вълни полето е перпендикулярно на посоката на разпространение; поляризацията описва ориентацията на това поле.
  • Закон на Малюс — интензитетът, преминаващ през идеален линейно поляризатор, е пропорционален на cos²(θ), където θ е ъгълът между оста на поляризатора и посоката на поляризация на входящата светлина.
  • Квантова гледна точка — фотоните имат две независими състояния на поляризация за дадена посока на движение; поляризацията е измерим квантов параметър.

Приложения

  • Слънчеви очила и антибликови покрития — премахват хоризонтално поляризиран отблясък от водни повърхности и пътни повърхности.
  • Фотография и оптика — поляризационни филтри за засилване на контраста, намаляване на отражения и контрол на небето.
  • LCD екрани — работят чрез контрол на поляризацията на светлината от течни кристали между два поляризатора.
  • Микроскопия и биомедицина — поляризационна микроскопия открива структура и напрежение в образците.
  • Стрес-анализ (фотоеластичност) — използва двойнозаломяващи материали за визуализация на вътрешни напрежения чрез поляризирана светлина.
  • Комуникации — поляризацията се използва за разделяне на канали (polarization-division multiplexing) и за оптични изолатори в лазери и оптични системи.
  • Астрономия и дистанционно сондиране — поляризацията дава информация за форма на частици, магнитни полета и разпределение на прах/аерозоли.
  • 3D кино и визуални ефекти — използват се разни схеми на поляризация за отделяне на изображението за лявото и дясното око.

Допълнителни бележки

  • Звуковите вълни в газове и течности обикновено са надлъжни и затова не показват поляризация; в твърди тела обаче съществуват напречни (схев) вълни, които могат да се поляризират.
  • В реални системи светлината често е частично поляризирана или променя поляризацията си при преминаване през оптични компоненти и материали.
  • При практическо използване е важно да се има предвид честотната зависимост и загубите на поляризаторите — не всички поляризатори работят еднакво добре във всички диапазони на спектъра.

Поляризацията е основно понятие в оптиката и електромагнетизма с широк обхват от научни и практически приложения — от прости поляризиращи слънчеви очила до сложни оптични комуникационни системи и научни инструменти.