ÁNH SÁNG PHÂN CỰC LÀ GÌ? - VẬT LÝ - 2025

Các ánh sáng phân cực là bức xạ điện từ dao động trong một mặt phẳng vuông góc với hướng truyền. Dao động trong một mặt phẳng có nghĩa là vectơ điện trường của sóng ánh sáng dao động song song trong một không gian có hai thành phần hình chữ nhật, như trường hợp của mặt phẳng phân cực xy.

Ánh sáng tự nhiên hay ánh sáng nhân tạo là một sóng bức xạ điện từ mà điện trường của nó dao động ngẫu nhiên trong mọi mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng. Khi chỉ một phần của bức xạ bị hạn chế dao động trong một mặt phẳng, ánh sáng được cho là phân cực.

Sóng ánh sáng phân cực dọc trong một mặt phẳng khi sóng ánh sáng không phân cực tác động vào cách tử phân cực. Bởi Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Một cách để thu được ánh sáng phân cực là chiếu tia sáng vào bộ lọc phân cực, bao gồm cấu trúc polyme được định hướng theo một hướng, chỉ cho phép các sóng dao động trong cùng một mặt phẳng truyền qua trong khi phần còn lại của sóng bị hấp thụ. .

Tia sáng đi qua tấm lọc có cường độ nhỏ hơn tia tới. Đặc điểm này là một cách để phân biệt giữa ánh sáng phân cực và ánh sáng không phân cực. Mắt người không có khả năng phân biệt giữa mắt này và mắt kia.

Ánh sáng có thể phân cực thẳng, tròn hay elip tùy thuộc vào hướng truyền sóng. Ngoài ra, ánh sáng phân cực có thể thu được bằng các quá trình vật lý như phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và lưỡng chiết.

Ánh sáng phân cực tuyến tính

Khi điện trường của sóng ánh sáng dao động không ngừng, mô tả một đường thẳng trong mặt phẳng vuông góc với phương truyền, ánh sáng được cho là phân cực thẳng. Trong trạng thái phân cực này, các pha của hai thành phần của điện trường là như nhau.

Nếu chồng hai sóng phân cực tuyến tính, dao động trong các mặt phẳng vuông góc với nhau, thì thu được một sóng phân cực tuyến tính khác. Sóng ánh sáng thu được sẽ cùng pha với sóng trước đó. Hai sóng cùng pha khi chúng có cùng độ dời trong cùng một thời gian.

Phân cực tuyến tính, tròn và elip. Bởi Inductiveload. (https://commons.wikimedia.org)

Ánh sáng phân cực tròn

Sóng ánh sáng có vectơ điện trường dao động theo phương tròn trong cùng một mặt phẳng vuông góc với phương truyền, là sóng phân cực tròn. Ở trạng thái phân cực này, độ lớn của điện trường không đổi. Hướng của điện trường là chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ.

Điện trường của ánh sáng phân cực mô tả các đường đi tròn với tần số góc ω không đổi.

Hai sóng ánh sáng phân cực thẳng đặt chồng lên nhau vuông góc với nhau, lệch pha nhau 90 °, tạo thành sóng ánh sáng phân cực tròn.

Ánh sáng phân cực elip

Ở trạng thái phân cực này, điện trường của sóng ánh sáng mô tả một hình elip trong toàn bộ mặt phẳng vuông góc với phương truyền và được định hướng theo chiều quay của kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ.

Sự chồng chất của hai sóng ánh sáng vuông góc với nhau, một sóng có phân cực thẳng và sóng kia có phân cực tròn, và với độ lệch pha 90 °, tạo ra sóng ánh sáng có phân cực hình elip. Sóng ánh sáng phân cực tương tự như trường hợp phân cực tròn nhưng với độ lớn của điện trường thay đổi.

Phản xạ ánh sáng phân cực

Malus phát hiện ra ánh sáng phân cực phản xạ vào năm 1808. Malus đã quan sát thấy rằng khi một chùm ánh sáng không phân cực chiếu vào một tấm thủy tinh trong suốt, được đánh bóng tốt, một phần của ánh sáng bị khúc xạ khi nó đi qua tấm và phần kia bị phản xạ lại, tạo thành giữa tia khúc xạ và tia phản xạ một góc 90o.

Chùm ánh sáng phản xạ được phân cực tuyến tính bằng cách dao động trong mặt phẳng vuông góc với phương truyền và mức độ phân cực của nó phụ thuộc vào góc tới.

Góc tới mà chùm ánh sáng phản xạ bị phân cực hoàn toàn được gọi là góc Brewster (θ _B )

Khúc xạ ánh sáng phân cực

Nếu một chùm ánh sáng không phân cực chiếu tới với góc Brewster (θ _B ) trên một chồng các tấm thuỷ tinh, thì một số dao động vuông góc với mặt phẳng tới sẽ bị phản xạ từ mỗi tấm và phần còn lại của dao động bị khúc xạ.

Kết quả thực là tất cả các chùm tia phản xạ được phân cực trong cùng một mặt phẳng trong khi các chùm khúc xạ bị phân cực một phần.

Số bề mặt càng lớn thì tia khúc xạ càng mất nhiều dao động vuông góc với mặt phẳng. Cuối cùng thì ánh sáng truyền qua sẽ bị phân cực tuyến tính trong cùng một mặt phẳng tới với ánh sáng không phân cực.

Tán xạ ánh sáng phân cực

Ánh sáng rơi vào các hạt nhỏ lơ lửng trong môi trường bị hấp thụ bởi cấu trúc nguyên tử của nó. Điện trường cảm ứng trong nguyên tử, phân tử có dao động song song với mặt phẳng dao động của ánh sáng tới.

Tương tự như vậy, điện trường vuông góc với phương truyền sóng. Trong quá trình này, các nguyên tử phát ra các photon ánh sáng bị lệch theo mọi hướng có thể.

Các photon được phát ra tạo thành một tập hợp các sóng ánh sáng được phân tán bởi các hạt. Phần ánh sáng tán xạ vuông góc với chùm tia sáng tới bị phân cực tuyến tính. Phần còn lại của ánh sáng tán xạ theo phương song song không phân cực, phần còn lại của ánh sáng do các hạt tán xạ bị phân cực một phần.

Sự tán xạ của các hạt có kích thước tương đương với bước sóng của ánh sáng tới được gọi là tán xạ Rayleigh. Loại tán xạ này có thể giải thích màu xanh của bầu trời hoặc màu đỏ của hoàng hôn.

Sự tán xạ Rayleigh có sự phụ thuộc tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng (1 / λ ⁴ ).

Ánh sáng phân cực lưỡng chiết

Tính lưỡng chiết là một tính chất đặc trưng của một số vật liệu như canxit và thạch anh có hai chiết suất. Ánh sáng phân cực lưỡng chiết thu được khi một tia sáng rơi vào vật liệu lưỡng chiết, tách thành một tia phản xạ và hai tia khúc xạ.

Trong hai tia khúc xạ, một tia lệch pha hơn tia còn lại, dao động vuông góc với mặt phẳng tới, còn tia kia dao động song song. Cả hai tia ló ra khỏi vật liệu có phân cực thẳng tới mặt phẳng tới.

Người giới thiệu

1. Goldstein, D. Ánh sáng phân cực. New York: Marcel Dekker, inc, 2003.
2. Jenkins, FA và White, H E. Cơ bản về Quang học. NY: Giáo dục Đại học McGraw Hill, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A và Teich, M C. Các nguyên tắc cơ bản về quang tử. Canada: John Wiley & Sons, 1991.
4. Guenther, R D. Quang học Hiện đại. Canada: John Wiley & Sons, 1990.
5. Bohren, CF và Huffman, D R. Hấp thụ và tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ. Canada: Jhon Wiley & Sons, 1998.