تعریف قطبش خطی :
در
قطبش خطی
میدان الکتریکی ( یا
میدان مغناطیسی ) موج ، در امتداد یک خط راست
نوسان می کند، لذا باید
اختلاف فاز بین مولفه های
ارتعاش میدان 0 یا 180 درجه باشد. یعنی در این نوع قطبش ، موقعیت بردار میدان الکتریکی موج، زمانی که
دامنه موج از یک مقدار بیشینه در یک جهت به یک بیشینه در جهت دیگر نوسان می کند، تغییر نمی یابد. به عبارت دیگر، در
موج پلاریزه خطی راستای میدان تغییر نمی کند، کمیت متغیر اندازه میدان الکتریکی است که با
فرکانس زاویه ای موج حول مقدار صفر نوسان می کند.
مفهوم قطبش خطی با ارائه مثال:
برای تفهیم بهتر
قطبش خطی نور از مثال زیر کمک می گیریم :
هر گاه یک سر طنابی را به بالا وپائین حرکت دهیم،
موج عرضی ایجاد می شود و هر نقطه از ریسمان یک نوسان سینوسی روی خط مستقیم انجام می دهد، لذا این موج را موج پلاریزه خطی می گویند، از آنجا که نوسان طناب در یک صفحه واقع است، آن را موج پلاریزه تخت نیز می نامند.
جابجایی این موج با رابطه
(x( z ،t ) = a cos ( kz-ωt+φ نشان داده می شود که درآن ، x
جابجایی ( درامتداد ارتعاش ) ، z امتداد
انتشار ، a دامنه و (φ) ثابت فاز می باشد. این رابطه نشان می دهد که جابه جایی درهرلحظه یک
منحنی کسینوسی خواهد بود.
حال یک شکاف باریک و بلند در مسیر طناب قرار می دهیم.
- اگر طول شکا ف در امتداد ارتعاش طناب باشد، دراین صورت طناب از داخل شکاف عبور کرده، در طرف د یگر با همان دامنه به مسیر خود ادامه می دهد.
- اگر طول شکاف بر امتداد ارتعاش طناب عمود باشد، تقریبا چیزی به طرف دیگر شکاف عبور داده نمی شود.
- اگر طول شکاف با امتداد ارتعاش زاویه دیگری بسازد، دامنه موج عبوری تغییر خواهد کرد. علت این امر آن است که شکاف فقط مولفه ای از جابجایی را از خود عبور می دهد که در امتداد طول شکاف باشد.
لازم به ذکر است که اگر
موج طولی در امتداد طناب انتشار می یافت، دامنه موج عبوری در همه جهت های شکاف یکسان بود. بنابراین تغییر دامنه موج عبوری با تغییر امتداد شکاف ، ناشی از عرضی بودن موج است.
مفهوم قطبش خطی نور:
- می دانیم که نور( امواج الکترومغناطیسی ) از ترکیب میدان های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل می شود. این دو میدان در راستای عمود بر هم ارتعاش می کنند و راستای ارتعاش هر دو بر راستای انتشار موج عمود است. لذا امواج نوری ، امواجی عرضی هستند. انجام آزمایش فوق ، در مورد نور ماهیت عرضی بودن موجهای نوری را ثابت می کند.
- حال نوسان طناب را که نمونه ای از قطبش خطی بود، در مورد نور غیر پلاریزه بسط می دهیم. هر گاه صفحه ارتعاش موج به صورت تصادفی در فاصله زمانهای بسیار کوتاه عوض شود، موج را موج غیر پلاریزه گویند. یعنی در این موج، میدان الکتریکی (یا مغناطیسی) در تمام جهات ارتعاش می کند.
- اگر موج غیر پلاریزه ای روی شکافی فرود آید، چون میدان الکتریکی در همه جهات مولفه دارد، لذا امتداد ارتعاشی که در راستای طول شکاف قرار دارد، ازشکاف عبور خواهد کرد و بدین ترتیب در طرف دیگر شکاف میدان الکتریکی فقط یک مولفه خواهد داشت، یعنی نور عبوری پلاریزه خواهد بود.
- در این مورد شکاف در هر جهتی قرار بگیرد، مولفه مربوط به آن امتداد عبور خواهد کرد و همواره موج عبوری وجود خواهد داشت. پس چرخش شکاف بر دامنه موج عبوری تاثیر نخواهد گذاشت. ولی صفحه پلاریزاسیون موج عبورکرده ، به امتداد شکاف بستگی دارد. در اینجا این شکاف به عنوان پلاریزور عمل می کند.
- اگر باریکه قطبیده عبوری از شکاف فوق را روی شکاف دیگری فرود آوریم، در این صورت تنها موقعی موج عبوری با همان دامنه را خواهیم داشت که امتداد طول شکاف دوم در امتداد ارتعاش موج پلاریزه باشد. پس با چرخاندن شکاف دوم ، در دامنه عبوری تغییر حاصل می شود و گفته می شود که شکاف دوم به عنوان آنالیزور عمل می کند.
پلاروید ماده
پلاستیک مانندی است که برای تولید
نور قطبیده استفاده می شود و ساختمانی مانند شکافهای فوق دارد که در هر زاویه ای در مقابل نور غیرقطبیده قرار بگیرد، نور عبوری قطبیده ای حاصل خواهد کرد.
حال مانند مسئله شکاف مذکور ، در مسیر نور قطبیده حاصل از پلاروید، پلاروید دیگری قرار می دهیم.
- اگر دو پلاروید در یک امتداد قراربگیرند، نور عبوری از پلاروید دوم تغییری نخواهد داشت.
- زمانی که پلاروید دوم عمود بر پلاروید اول قرار گیرد، هیچ نوری عبور نخواهد کرد و تاریکی حاصل خواهد شد.
- اگر پلاروید دوم را حول خط عمود بر سطح آن بچرخانیم، دامنه نور عبوری تغییر خواهد کرد.
پس شدت نور عبوری به امتداد نسبی دو پلاروید بستگی دارد. در این حالت هم، پلاروید اولی به منزله
پلاریزور بوده و باریکه عبوری
پلاریزه خطی خواهد بود و پلاروید دومی در مقام آنالیزور عمل می کند.
در چرخش پلاروید اول به جای پلاروید دوم نیز پدیده های فوق مشاهده خواهد شد.
انواع قطبش خطی:
- قطبش خطی عمودی:
اگر امتداد ارتعاش میدان الکتریکی موج، روی صفحه قائم قرار داشته باشد، قطبش خطی را قطبش خطی عمودی می نامند.
- قطبش خطی مایل:
اگر امتداد ارتعاش میدان الکتریکی موج، روی صفحه نامشخصی قرار گرفته باشد، قطبش خطی را قطبش خطی مایل می نامند.
در زیر دو تصویر از
سطح دریا نشان داده شده است. تصویر واضحتر از پشت
فیلتر پلاریزه عمودی و تصویر نامفهوم از پشت
فیلتر پلاریزه افقی گرفته شده است.
مباحث مرتبط با قطبش خطی:
