Il luce polarizzata è la radiazione elettromagnetica che vibra su un unico piano perpendicolare alla direzione di propagazione. La vibrazione in un piano significa che il vettore del campo elettrico dell'onda luminosa oscilla parallelamente a uno spazio di due componenti rettangolari, come nel caso del piano di polarizzazione xy.
La luce naturale o artificiale è un treno di onde di radiazione elettromagnetica i cui campi elettrici oscillano in modo casuale su tutti i piani perpendicolari alla direzione di propagazione. Quando solo una parte della radiazione è limitata all'oscillazione in un unico piano, si dice che la luce sia polarizzata.
Un modo per ottenere luce polarizzata è colpire un raggio di luce su un filtro polarizzatore, che consiste in una struttura polimerica orientata in un'unica direzione, che consente il passaggio solo delle onde che oscillano sullo stesso piano mentre il resto delle onde viene assorbito ..
Il raggio di luce che passa attraverso il filtro ha un'intensità inferiore rispetto al raggio incidente. Questa funzione è un modo per distinguere tra luce polarizzata e luce non polarizzata. L'occhio umano non ha la capacità di distinguere tra l'uno e l'altro.
La luce può essere polarizzata lineare, circolare o ellittica a seconda della direzione di propagazione dell'onda. Inoltre, la luce polarizzata può essere ottenuta mediante processi fisici come riflessione, rifrazione, diffrazione e birifrangenza..
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Quando il campo elettrico dell'onda luminosa oscilla costantemente, descrivendo una linea retta nel piano perpendicolare alla propagazione, si dice che la luce sia polarizzata linearmente. In questo stato di polarizzazione le fasi delle due componenti del campo elettrico sono le stesse.
Se si sovrappongono due onde polarizzate linearmente che vibrano su piani perpendicolari tra loro, si ottiene un'altra onda polarizzata linearmente. L'onda luminosa ottenuta sarà in fase con le precedenti. Due onde sono in fase quando presentano lo stesso spostamento contemporaneamente.
L'onda luminosa il cui vettore di campo elettrico oscilla in modo circolare sullo stesso piano perpendicolare alla propagazione, è polarizzata circolarmente. In questo stato di polarizzazione l'ampiezza del campo elettrico rimane costante. L'orientamento del campo elettrico è orario o antiorario..
Il campo elettrico della luce polarizzata descrive percorsi circolari con una frequenza angolare ω costante.
Due onde luminose polarizzate linearmente che si sovrappongono perpendicolari l'una all'altra, con una differenza di fase di 90 °, formano un'onda luminosa polarizzata circolarmente.
In questo stato di polarizzazione, il campo elettrico dell'onda luminosa descrive un'ellisse nell'intero piano perpendicolare alla propagazione ed è orientato in senso orario o antiorario..
La sovrapposizione di due onde luminose perpendicolari tra loro, una con polarizzazione lineare e l'altra con polarizzazione circolare, e con uno sfasamento di 90 °, si traduce in un'onda luminosa con polarizzazione ellittica. L'onda di luce polarizzata è simile al caso della polarizzazione circolare ma con l'ampiezza del campo elettrico variabile.
La luce polarizzata per riflessione fu scoperta da Malus nel 1808. Malus osservò che quando un raggio di luce non polarizzata colpisce una lastra di vetro trasparente e ben lucidata, parte della luce viene rifratta mentre passa attraverso la lastra e l'altra parte viene riflessa , formando un angolo di 90 ° tra il raggio rifratto e il raggio riflesso.
Il raggio di luce riflessa diventa polarizzato linearmente quando oscilla in un piano perpendicolare alla direzione di propagazione e il suo grado di polarizzazione dipende dall'angolo di incidenza..
Viene chiamato l'angolo di incidenza in base al quale il raggio di luce riflessa è completamente polarizzato Angolo Brewster (θB)
Se un raggio di luce non polarizzata è incidente con l'angolo di Brewster (θB) su una pila di lastre di vetro, alcune delle vibrazioni perpendicolari al piano di incidenza si riflettono in ciascuna delle lastre e il resto delle vibrazioni vengono rifratte.
Il risultato netto è che tutti i fasci riflessi sono polarizzati sullo stesso piano mentre i fasci rifratti sono parzialmente polarizzati..
Maggiore è il numero di superfici, il raggio rifratto perderà sempre più oscillazioni perpendicolari al piano. Alla fine, la luce trasmessa sarà polarizzata linearmente sullo stesso piano di incidenza della luce non polarizzata..
La luce che cade su piccole particelle sospese in un mezzo viene assorbita dalla sua struttura atomica. Il campo elettrico indotto negli atomi e nelle molecole ha vibrazioni parallele al piano di oscillazione della luce incidente..
Allo stesso modo, il campo elettrico è perpendicolare alla direzione di propagazione. Durante questo processo, gli atomi emettono fotoni di luce che vengono deviati in tutte le direzioni possibili..
I fotoni emessi costituiscono un insieme di onde di luce diffuse dalle particelle. La porzione di luce diffusa perpendicolare al fascio di luce incidente è polarizzata linearmente. L'altra parte della luce diffusa nella direzione parallela non è polarizzata, il resto della luce diffusa dalle particelle è parzialmente polarizzata.
La diffusione di particelle con una dimensione paragonabile alla lunghezza d'onda della luce incidente è chiamata diffusione di Rayleigh. Questo tipo di dispersione ci permette di spiegare il colore blu del cielo o il colore rosso del tramonto..
Lo scattering di Rayleigh ha una dipendenza inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda (1 / λ4).
La birifrangenza è una proprietà caratteristica di alcuni materiali come la calcite e il quarzo che hanno due indici di rifrazione. La luce polarizzata birifrangente si ottiene quando un raggio di luce cade su un materiale birifrangente, separandosi in un raggio riflesso e due raggi rifratti.
Dei due raggi rifratti, uno devia più dell'altro oscillando perpendicolare al piano di incidenza mentre l'altro oscilla parallelamente. Entrambi i raggi emergono dal materiale con polarizzazione lineare al piano di incidenza.
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