Apa itu cahaya terpolarisasi?

Cahaya terpolarisasi adalah radiasi elektromagnetik yang bergetar dalam satu bidang tegak lurus terhadap arah rambat. Getaran dalam bidang berarti vektor medan listrik dari gelombang cahaya berosilasi sejajar dengan ruang dari dua komponen persegi panjang, seperti dalam kasus bidang polarisasi xy.

Cahaya alami atau buatan adalah kereta gelombang radiasi elektromagnetik yang medan listriknya berosilasi secara acak di semua pesawat yang tegak lurus dengan arah propagasi. Ketika hanya sebagian dari radiasi dibatasi untuk berosilasi dalam bidang tunggal, dikatakan bahwa cahaya terpolarisasi.

Salah satu cara untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi adalah dengan menyinari sinar cahaya dalam filter polarisasi, yang terdiri dari struktur polimer yang berorientasi hanya dalam satu arah, yang memungkinkan hanya gelombang yang berosilasi di bidang yang sama untuk melewatinya sementara sisa gelombang diserap .

Sinar cahaya yang melewati filter memiliki intensitas kurang dari sinar datang. Kekhasan ini adalah cara untuk membedakan antara cahaya terpolarisasi dan cahaya tidak terpolarisasi. Mata manusia tidak memiliki kemampuan untuk membedakan antara yang satu dan yang lainnya.

Cahaya dapat terpolarisasi linier, sirkuler atau elips tergantung pada arah rambat gelombang. Juga, cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dengan proses fisik seperti refleksi, refraksi, difraksi dan birefringence.

Cahaya terpolarisasi linier

Ketika medan listrik gelombang cahaya berosilasi terus-menerus, menggambarkan garis lurus pada bidang yang tegak lurus terhadap perambatan, dikatakan bahwa cahaya terpolarisasi linier. Dalam keadaan polarisasi ini, fase dari dua komponen medan listrik adalah sama.

Jika dua gelombang terpolarisasi linier, yang bergetar di bidang tegak lurus satu sama lain, ditumpangkan, gelombang terpolarisasi linier lain diperoleh. Gelombang cahaya yang diperoleh akan sefasa dengan yang sebelumnya. Dua gelombang berada dalam fase ketika mereka menampilkan perpindahan yang sama dalam waktu yang sama.

Cahaya terpolarisasi melingkar

Gelombang cahaya yang vektor medan listriknya berosilasi secara melingkar dalam bidang yang sama tegak lurus terhadap propagasi, terpolarisasi sirkuler. Dalam keadaan polarisasi ini, besarnya medan listrik tetap konstan. Orientasi medan listrik searah atau berlawanan arah jarum jam.

Medan listrik dari cahaya terpolarisasi menggambarkan lintasan melingkar dengan frekuensi sudut konstan ω .

Dua gelombang cahaya terpolarisasi linier yang tumpang tindih tegak lurus satu sama lain, dengan perbedaan fase 90 °, membentuk gelombang cahaya terpolarisasi sirkuler.

Cahaya terpolarisasi elips

Dalam keadaan polarisasi ini medan listrik dari gelombang cahaya menggambarkan elips di seluruh bidang tegak lurus terhadap propagasi dan berorientasi ke arah rotasi searah jarum jam atau dalam arah yang berlawanan.

Superposisi dari dua gelombang cahaya saling tegak lurus, satu dengan polarisasi linier dan lainnya dengan polarisasi sirkuler, dan dengan pergeseran fasa 90 °, menghasilkan gelombang cahaya dengan polarisasi elips. Gelombang cahaya terpolarisasi mirip dengan kasus polarisasi lingkaran tetapi dengan besarnya medan listrik bervariasi.

Cahaya terpolarisasi oleh refleksi

Cahaya terpolarisasi oleh pantulan ditemukan oleh Malus pada tahun 1808. Malus mengamati bahwa ketika seberkas cahaya yang tidak terpolarisasi menabrak pelat kaca yang dipoles dengan baik dan transparan, sebagian dari cahaya itu dibiaskan saat melewati pelat dan bagian lainnya dipantulkan membentuk Sudut 90 ° antara sinar bias dan sinar pantul.

Sinar yang dipantulkan secara linear terpolarisasi dengan berosilasi dalam bidang yang tegak lurus terhadap arah propagasi dan derajat polarisasi tergantung pada sudut datangnya.

Sudut kejadian dimana sinar yang dipantulkan terpolarisasi sepenuhnya disebut sudut Brewster (θ _B )

Cahaya terpolarisasi oleh refraksi

Jika seberkas cahaya yang tidak terpolarisasi menabrak sudut Brewster ( θ _B ) pada tumpukan pelat kaca, beberapa getaran yang tegak lurus dengan bidang kejadian dipantulkan pada masing-masing pelat dan sisa getarannya dibiaskan.

Hasil akhirnya adalah bahwa semua balok yang dipantulkan terpolarisasi dalam bidang yang sama sedangkan balok yang dibiaskan sebagian terpolarisasi.

Semakin besar jumlah permukaan, sinar bias akan kehilangan lebih banyak dan lebih banyak osilasi yang tegak lurus terhadap bidang. Pada akhirnya cahaya yang ditransmisikan akan terpolarisasi linier dalam bidang yang sama dari insiden cahaya yang tidak terpolarisasi.

Cahaya terpolarisasi oleh dispersi

Cahaya yang jatuh pada partikel kecil yang tersuspensi dalam suatu media diserap oleh struktur atomnya. Medan listrik yang diinduksi dalam atom dan molekul memiliki getaran yang sejajar dengan bidang osilasi dari cahaya yang datang.

Demikian juga, medan listrik tegak lurus terhadap arah rambat. Selama proses ini, atom-atom memancarkan foton cahaya yang menyimpang ke segala arah yang mungkin.

Foton yang dipancarkan merupakan seperangkat gelombang cahaya yang tersebar oleh partikel. Bagian dari cahaya yang tersebar tegak lurus terhadap sinar yang datang terpolarisasi linier. Bagian lain dari cahaya yang tersebar dalam arah paralel tidak terpolarisasi, sisa cahaya yang tersebar oleh partikel sebagian terpolarisasi.

Dispersi partikel dengan ukuran yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya kejadian disebut hamburan Rayleigh. Jenis dispersi ini memungkinkan untuk menjelaskan warna biru langit atau warna merah matahari terbenam.

Hamburan Rayleigh memiliki ketergantungan berbanding terbalik dengan kekuatan keempat dari panjang gelombang (1 / λ 4).

Cahaya terpolarisasi oleh birefringence

Birefringence adalah properti karakteristik beberapa bahan seperti kalsit dan kuarsa yang memiliki dua indeks bias. Cahaya terpolarisasi oleh birefringence diperoleh ketika sinar cahaya menyerang material birefringent yang terpisah menjadi sinar pantulan dan dua sinar bias.

Dari dua sinar yang dibiaskan, satu menyimpang lebih banyak daripada yang lainnya berosilasi tegak lurus terhadap bidang kejadian sedangkan yang lainnya berosilasi secara paralel. Kedua sinar muncul dari bahan dengan polarisasi linier ke bidang kejadian.