Polarisaatio

Wikipedia

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.

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. Jos sähkökenttä värähtelee vain yhteen suuntaan, valon sanotaan olevan täysin polarisoitunutta.

• Lineaarisesti polarisoituneen sähkömagneettisen säteilyn sähkökentän E värähtelysuunta on paikan r ja ajan t funktiona vakio, ts.

missä on säteilyn etenemissuuntaa vastaan kohtisuorassa tasossa oleva yksikkövektori ja ω on säteilyn kulmataajuus.

• Ympyräpolaroituneessa tapauksessa sähkökentän amplitudin normi E on vakio, mutta sähkökenttävektori kiertyy paikan ja ajan funktiona tasaisella kulmanopeudella ω kentän etenemissuuntaa vastaan kohtisuorassa tasossa, esimerkiksi

missä yksikkövektorit ja ovat sekä toisiaan että säteilyn etenemissuuntaa vastaan kohtisuorassa. Polarisaatio voi olla oikea- tai väsenkätistä 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.

[muokkaa] Brewsterin kulma

Jos säteily tulee rajapinnalle sellaisessa kulmassa θ_B, että heijastunut säteily ja taittunut säteily muodostavat suoran kulman, heijastunut säteily polarisoituu törmäyspinnan suunnassa. Kulma θ_B on nimeltään Brewsterin kulma. Se voidaan laskea yhtälöstä

missä n₂ ja n₁ ovat aineiden taitekertoimet. Läpinäkyvän aineen taitekerroin voidaan määrittää mittaamalla sen Brewsterin kulma kun valo tulee siihen esimerkiksi ilmasta.

[muokkaa] Käytännön sovelluksia

• Polarisoivat aurinkolasit: Polarisoivissa aurinkolaseissa on molekyyliverkosto, joka päästää lävitseen vain pystytasossa värähtelevää valoa. Tämä siksi, että sileistä vaakasuorista pinnoista, esimerkiksi vedestä heijastunut valo on enimmäkseen vaakapolarisoitunutta joten pystypolarisoivat linssit eivät päästä sitä läpi.

• Tutkat. Litistyneen muotonsa takia sadepisarat sirottavat enemmän vaaka- kuin pystysuoraan polarisoitunutta säteilyä. Siksi säätutkat käyttävät yleensä vaakapolarisoituja mikroaaltoja, kun taas lennonjohdon primääritutkat käyttivät pystypolarisoituja mikroaaltoja jotta sateen vaikutus olisi mahdollisimman pieni.

Modernit kaksoispolarisaatiosäätutkat mittaavat sekä pysty- että vaakapolarisaation sirontaa, ja päättelevät näiden eroista monia asioita sirottajien laadusta.

Polarisaatiota käytetään hyväksi myös laskimien ja matkapuhelimien nestekidenäytöissä. Auton takalasin jännitykset saadaan näkyviin polarisoivilla aurinkolaseilla. Mehiläiset puolestaan käyttävät sinitaivaan polarisoitumista hyväkseen suunnistaessa.