ما هو الضوء المستقطب؟ - جسدي - بدني - 2026

في ضوء الاستقطاب والإشعاع الكهرومغناطيسي تهتز في طائرة واحدة عمودي على اتجاه انتشار. يعني الاهتزاز في المستوى أن متجه المجال الكهربائي لموجة الضوء يتأرجح بالتوازي مع فضاء مكون من عنصرين مستطيلين ، كما هو الحال في المستوى xy للاستقطاب.

الضوء الطبيعي أو الاصطناعي هو قطار موجي من الإشعاع الكهرومغناطيسي تتأرجح مجالاته الكهربائية بشكل عشوائي في جميع المستويات المتعامدة مع اتجاه الانتشار. عندما يقتصر جزء من الإشعاع على التذبذب في مستوى واحد ، يُقال إن الضوء مستقطب.

موجة ضوئية مستقطبة رأسيًا في مستوى ما حيث تصطدم موجات الضوء غير المستقطبة بشبكة الاستقطاب. بقلم بوب ميليش (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) ويكيميديا ​​كومنز

تتمثل إحدى طرق الحصول على ضوء مستقطب في ضرب شعاع ضوئي على مرشح استقطاب ، والذي يتكون من هيكل بوليمر موجه في اتجاه واحد ، مما يسمح فقط للموجات التي تتأرجح في نفس المستوى بالمرور بينما يتم امتصاص بقية الموجات..

شعاع الضوء الذي يمر عبر الفلتر له شدة أقل من الشعاع الساقط. هذه الميزة هي وسيلة للتمييز بين الضوء المستقطب والضوء غير المستقطب. لا تملك العين البشرية القدرة على التمييز بين أحدهما والآخر.

يمكن أن يكون الضوء مستقطبًا خطيًا أو دائريًا أو إهليلجيًا اعتمادًا على اتجاه انتشار الموجة. أيضًا ، يمكن الحصول على الضوء المستقطب من خلال العمليات الفيزيائية مثل الانعكاس والانكسار والانعراج والانكسار.

ضوء مستقطب خطيًا

عندما يتأرجح المجال الكهربائي لموجة الضوء باستمرار ، ويصف الخط المستقيم في المستوى العمودي على الانتشار ، يقال إن الضوء مستقطب خطيًا. في حالة الاستقطاب هذه ، تكون مراحل مكوني المجال الكهربائي هي نفسها.

إذا تم فرض موجتين مستقطبتين خطيًا ، تهتز في مستويات متعامدة مع بعضها البعض ، يتم الحصول على موجة مستقطبة خطيًا أخرى. ستكون الموجة الضوئية التي تم الحصول عليها في طور مع الموجات السابقة. موجتان في الطور عندما تقدمان نفس الإزاحة في نفس الوقت.

الاستقطاب الخطي والدائري والبيضاوي. بواسطة Inductiveload. (https://commons.wikimedia.org)

ضوء مستقطب دائري

الموجة الضوئية التي يتأرجح متجه مجالها الكهربائي بطريقة دائرية في نفس المستوى المتعامد مع الانتشار ، مستقطبة دائريًا. في حالة الاستقطاب هذه ، يظل حجم المجال الكهربائي ثابتًا. اتجاه المجال الكهربائي هو اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

يصف المجال الكهربائي للضوء المستقطب مسارات دائرية ذات تردد زاوي ثابت ω.

تشكل موجتان ضوئيتان مستقطبتان خطيًا متراكبتان بشكل متعامد مع بعضهما البعض ، بفرق طور 90 درجة ، موجة ضوئية مستقطبة دائريًا.

ضوء مستقطب بيضاويًا

في حالة الاستقطاب هذه ، يصف المجال الكهربائي لموجة الضوء قطعًا ناقصًا في المستوى بأكمله عموديًا على الانتشار ويتم توجيهه في اتجاه دوران عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

يؤدي تراكب موجتين ضوئيتين متعامدين على بعضهما البعض ، إحداهما ذات استقطاب خطي والأخرى باستقطاب دائري ، وبانزياح طور بمقدار 90 درجة ، إلى موجة ضوئية ذات استقطاب إهليلجي. تتشابه موجة الضوء المستقطبة مع حالة الاستقطاب الدائري ولكن مع اختلاف حجم المجال الكهربائي.

انعكاس الضوء المستقطب

اكتشف مالوس الضوء المستقطب الانعكاسي في عام 1808. لاحظ مالوس أنه عندما يصطدم شعاع من الضوء غير المستقطب بصفيحة زجاجية شفافة مصقولة جيدًا ، ينكسر جزء من الضوء أثناء مروره عبر الصفيحة وينعكس الجزء الآخر ، مكونًا زاوية 90 درجة بين الشعاع المنكسر والشعاع المنعكس.

يتم استقطاب شعاع الضوء المنعكس خطيًا عن طريق التذبذب في مستوى عمودي على اتجاه الانتشار وتعتمد درجة استقطابها على زاوية السقوط.

تسمى زاوية السقوط التي يتم بها استقطاب شعاع الضوء المنعكس بالكامل بزاوية بروستر (θ _B)

انكسار الضوء المستقطب

إذا حدث شعاع ضوئي غير مستقطب بزاوية بروستر (θ _B) على كومة من الألواح الزجاجية ، فإن بعض الاهتزازات المتعامدة مع مستوى الوقوع تنعكس من كل من الألواح وتنكسر بقية الاهتزازات.

والنتيجة النهائية هي أن جميع الحزم المنعكسة مستقطبة في نفس المستوى بينما تكون الحزم المنكسرة مستقطبة جزئيًا.

كلما زاد عدد الأسطح ، سيفقد الشعاع المنكسر المزيد والمزيد من الاهتزازات العمودية على المستوى. في النهاية ، سيكون الضوء المرسل مستقطبًا خطيًا في نفس مستوى حدوث الضوء غير المستقطب.

تشتت الضوء المستقطب

يمتص الضوء الذي يسقط على الجسيمات الصغيرة العالقة في الوسط من خلال هيكله الذري. المجال الكهربائي المستحث في الذرات والجزيئات له اهتزازات موازية لمستوى تذبذب الضوء الساقط.

وبالمثل ، فإن المجال الكهربائي عمودي على اتجاه الانتشار. أثناء هذه العملية ، تُصدر الذرات فوتونات من الضوء تنحرف في جميع الاتجاهات الممكنة.

تشكل الفوتونات المنبعثة مجموعة من موجات الضوء المنتشرة بواسطة الجسيمات. يكون جزء الضوء المنتثر المتعامد مع حزمة الضوء الساقط مستقطبًا خطيًا. الجزء الآخر من الضوء المنتشر في الاتجاه الموازي غير مستقطب ، أما باقي الضوء المنتشر بواسطة الجسيمات فهو مستقطب جزئيًا.

يسمى تشتت الجسيمات ذات الحجم المماثل للطول الموجي للضوء الساقط بانتثار رايلي. هذا النوع من التشتت يجعل من الممكن تفسير اللون الأزرق للسماء أو اللون الأحمر لغروب الشمس.

تشتت رايلي له تبعية تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة لطول الموجة (1 / λ ⁴).

ضوء الانكسار المستقطب

الانكسار هو خاصية مميزة لبعض المواد مثل الكالسيت والكوارتز التي لها مؤشرين انكسار. يتم الحصول على ضوء مستقطب مزدوج الانكسار عندما يسقط شعاع من الضوء على مادة ثنائية الانكسار ، وينفصل إلى شعاع منعكس وشعاعين منكسرين.

من بين الشعاعين المنكسرين ، ينحرف أحدهما أكثر من الآخر ، ويتأرجح عموديًا على مستوى الوقوع ، بينما يتذبذب الآخر بالتوازي. ينبثق كلا الشعاعين من المادة ذات الاستقطاب الخطي إلى مستوى السقوط.

المراجع

1. غولدشتاين ، د. ضوء مستقطب. نيويورك: مارسيل ديكر ، شركة ، 2003.
2. جينكينز ، اتحاد كرة القدم ووايت ، إتش إي. أساسيات البصريات. نيويورك: ماكجرو هيل للتعليم العالي ، 2001.
3. صالح ، بهاء إي أ وتيش ، م. أساسيات الضوئيات. كندا: John Wiley & Sons ، 1991.
4. جوينثر ، آر د. البصريات الحديثة. كندا: John Wiley & Sons ، 1990.
5. Bohren، CF and Huffman، D R. امتصاص وتشتت الضوء بواسطة الجسيمات الصغيرة. كندا: Jhon Wiley & Sons ، 1998.