Polarizace

Světlo

Světlo odražené od lesklých průhledných materiálů je částečně nebo zcela polarizované, kromě případů, kdy je světlo kolmé k povrchu. Polarizaci poprvé objevil v roce 1808 matematik Etienne Louis Malus. K pozorování tohoto jevu lze použít polarizační filtr, například polarizační sluneční brýle, a to tak, že se filtr otáčí a zároveň se přes něj díváme na odraz od vzdáleného vodorovného povrchu. Při určitých úhlech natočení se odražené světlo zmenší nebo eliminuje. Polarizační filtry odstraňují světlo polarizované pod úhlem 90° k polarizační ose filtru. Pokud jsou dva polarizační filtry umístěny nad sebou v úhlu 90° k sobě, může oběma projít jen velmi málo světla.

Při průchodu světla atmosférou se pozoruje polarizace rozptylem. Rozptýlené světlo vytváří jas a barvu na jasné obloze. Tuto částečnou polarizaci rozptýleného světla lze využít ke ztmavení oblohy na fotografiích, čímž se zvýší kontrast. Tento efekt lze nejsnáze pozorovat při západu slunce, na horizontu v úhlu 90° od zapadajícího slunce. Dalším snadno pozorovatelným efektem je drastické snížení jasu snímků oblohy a mraků odražených od vodorovných ploch. Proto se polarizační filtry často používají ve slunečních brýlích. Polarizační sluneční brýle také ukazují duhové obrazce způsobené dvojlomnými efekty závislými na barvě, například u tvrzeného skla (např. oken automobilů) nebo předmětů z průhledných plastů. Úloha, kterou hraje polarizace při fungování displejů z tekutých krystalů (LCD), se často projevuje i u nositelů polarizačních slunečních brýlí, které mohou snižovat kontrast nebo dokonce způsobovat nečitelnost displeje.

Polarizační filtr

Polarizace světla je užitečná po jeho filtraci. Filtr oddělí světlo s jedním typem polarizace od ostatních typů. Většina denního světla nebo světla ze žárovky má směs polarizací (výjimkou jsou lasery). Filtr funguje podobně, jako když se snažíte protáhnout hrací kartu hřebenem - pouze pokud je karta otočena správným směrem, vejde se tam. Světlo otočené jiným směrem bude filtrem blokováno. Displeje z tekutých krystalů (LCD) jej používají k blokování světla, aby se na displeji objevila písmena nebo číslice. Brýle, které mají pro každé oko jiný polarizační filtr, mohou oddělit světlo určené pro levé a pro pravé oko. Jedná se o běžný způsob tvorby 3D filmů a 3D televize.

V přírodě má někdy světlo, které se odráží od povrchu, stejnou polarizaci - tomu se říká "odlesk" od okna nebo vody. Polarizační filtr na fotoaparátu tento odlesk odstraní a pomůže tak vidět přes okno nebo vodu (nebo může odlesk zvýšit, podle toho, jak je natočen).

Fotografie vpravo byla pořízena přes polarizační sluneční brýle a přes zadní okno auta. Světlo z oblohy se od čelního skla druhého auta odráží pod úhlem, takže je většinou horizontálně polarizované. Zadní okno je vyrobeno z tvrzeného skla. Napětí způsobené tepelným zpracováním skla mění polarizaci světla, které jím prochází, podobně jako vlnová deska. Bez tohoto efektu by sluneční brýle blokovaly horizontálně polarizované světlo odražené od okna druhého vozu. Napětí v zadním skle však mění část horizontálně polarizovaného světla na vertikálně polarizované světlo, které může brýlemi projít. V důsledku toho se zviditelní pravidelný vzor tepelného zpracování.

 
Vliv polarizátoru na odraz od bahnitých ploch. Na obrázku vlevo je polarizátor natočen tak, aby co nejlépe propouštěl odrazy; natočením polarizátoru o 90° (obrázek vpravo) je téměř veškeré zrcadlově odražené sluneční světlo blokováno.  


Účinky polarizačního filtru na oblohu na fotografii. Na snímku vpravo je filtr použit.  


Polarizační sluneční brýle odhalí napětí na skle auta (vysvětlení viz text).  

Elektromagnetické

Ostatní elektromagnetické vlny mají také polarizaci, ale může se projevovat různými způsoby.

Obecná polarizace: Některé vlny lze popsat tak, že elektrické pole je kolmé na směr vlny, a tyto vlny se nazývají TE (příčné elektrické) vlny. Jiné mají magnetické pole kolmé na směr vlny a nazývají se TM (příčné magnetické) vlny. To jsou nejobecnější typy polarizace vln. Mohou se také nazývat vertikálně nebo horizontálně polarizované vlny. Pokud je elektrické i magnetické pole kolmé na směr vlny, nazývá se vlna TEM (příčná elektromagnetická). Specifickými případy TEM polarizace jsou lineární, kruhová a eliptická polarizace.

Lineární, kruhová a eliptická polarizace jsou tři specifické typy polarizace TEM. Nelze je měřit v blízkosti antény. Ve velké vzdálenosti od antény jsou pole TEM, takže je lze použít. Lze si je snadno představit, pokud se na vlnu díváte z přímého pohledu.

Lineární polarizace

Při pohledu podél směru vlny je elektrické pole jedinou přímkou. Pokud směr elektrického pole zůstává konstantní, i když se jeho velikost nebo síla může měnit, označuje se stav polarizace jako lineární. Je to proto, že hrot vektoru elektrického pole sleduje přímku v rovině kolmé na přímý směr vlny. (Podobně jako když třesete švihadlem nahoru a dolů a díváte se na švihadlo z jednoho konce. Pohybující se lano bude mít tvar přímky).

Kruhová polarizace

Při pohledu podél směru vlny má elektrické pole tvar kruhu. Pokud velikost elektrického pole zůstává konstantní a směr se může měnit, označuje se stav polarizace jako kruhový, protože hrot elektrického pole vykresluje kruh v rovině kolmé na přímý směr vlny. Zejména může být kružnice vytyčena ve směru nebo proti směru hodinových ručiček (když se vlna vzdaluje). (Je to podobné, jako když se při skákání houpe švihadlem, které vytváří tvar kruhu).

Eliptická polarizace

Je to podobné jako u kruhové polarizace, ale její velikost se při otáčení mění a vytváří elipsu.