A fény, amikor hullámtermészetével jelentkezik, elektromágneses hullám. Ez a hullám transzverzális, az elektromos és a mágneses térerősség merőleges a hullám terjedési irányára. A fényrezgés kitérését (vektorát) rendszerint az elektromos térerősséggel azonosítjuk.
A természetes fényben a terjedés irányára merőleges síkban minden irányú rezgés megtalálható, mindegyik azonos amplitúdóval és az egyes irányok teljesen véletlenszerű, szabálytalan eloszlásban.
Ha az egyes irányok között vannak amplitúdó eltérések, de az eloszlás véletlenszerűsége nem teljes, hanem némi szabályosság mutatkozik, akkor a fény részlegesen poláros.
Az olyan fényt, amelynek rezgései egyetlen irányba esnek, lineárisan poláros, vagy síkban poláros fénynek nevezzük.
Amikor az elektromos (és a mágneses) térerősség vektorának végpontja kört ír le, akkor a fény körösen (cirkulárisan) poláros.
Ha pedig ellipszis mentén jár a fényvektor végpontja, akkor a fény elliptikusan poláros.
Kettőstörés.
Az olyan közegeket, amelyekben a fény minden irányban egyenlő sebességgel terjed, izotróp anyagoknak nevezzük. Ilyenek az amorf anyagok (pl. feszültségmentes üveg) és a szabályos rendszerbe tartozó kristályok. Izotróp anyagokban az elektromos torerősség és a dielektromos eltolás vektora egyirányú.
Azok az anyagok, amelyekben a terjedési sebesség függ az iránytól, anizoirópok, vagy kettősen török. Mivel a terjedési sebesség és az anyag dielektromos együtthatója között szoros az összefüggés, az anizotróp anyagok dielektromos együtthatója irányfüggő. Az elektromos térerősség és a dielektromos eltolás vektora nem esik egybe. A terjedés irányára a dielektromos eltolás vektora merőleges.
V-41 ábra. Cirkulárisan poláros fény előállítása
Kettősen törő kristályra eső fény általában két, egymásra merőlegesen rezgő lineárisan poláros rezgésre oszlik. Ez a két rezgés a kristályban különböző sebességgel terjed.
A négyzetes és a hatszöges rendszerbe tartozó kristályok optikailag egytengelyűek, a rombos, az egyhajlású és a háromhajlású rendszerbe tartozók optikailag kéttengelyűek. Az egytengelyű kristályokban van egy olyan irány, amellyel párhuzamosan haladó fény nem bomlik ketté, a kéttengelyűekben két ilyen irány létezik
Poláros fény előállítása.
Dielektrikumról visszaverődő természetes fény a merőleges beesést kivéve mindig legalább is részlegesen poláros. Teljesen síkban poláros a visszavert fény, ha az εp beesési szögre fennáll Brewster törvénye
tg εp = n
ahol n a dielektrikum törésmutatója. Az εp, szög neve: a polározás szöge. Egy n = 1,5 törésmutatójú üveg esetében pl. a polározás szöge: εp = 56°19'. A visszaverődéssel előállított, síkban poláros fény elektromos térerősségének rezgése merőleges a beesési síkra.
A kettőstörést úgy lehet felhasználni síkban poláros fény előállítására, hogy a beeső természetes fényből keletkező két síkban poláros fénysugár közül az egyiket teljes visszaverődés segítségével, vagy irányeltérésük felhasználásával eltávolítjuk. Az ilyen polarizátorok közül a legismertebb a Nicol-féle prizma.
Vannak olyan kettősen törő anyagok, amelyekben a keletkező két polarizált rezgés közül az egyik nagyobb mértékben elnyelődik, mint a másik. Ez a jelenség a dikroizmus. Kellő vastagságú dikroitikus anyagra eső fényből a másik oldalon csak egy síkban poláros rezgés marad meg. Ilyen kristály a turmalin és dikroitikus hártyából készült polaroid-szűrű.
Egy megfelelő vastagságú, kettősen törő lemez segitségével síkban poláros fényt cirkulárisan polárossá lehet átalakítani. Ejtsünk síkban poláros fényt egy kettősen törő lemezre úgy, hogy a lemezben keletkező két rezgés iránya 45o-ot zárjon be a beeső rezgés irányával. Így a két egymásra merőleges rezgés amplitúdója egyenlő lesz. Különböző terjedési sebességük miatt a két rezgés között fáziskülönbség keletkezik. A fáziskülönbség lemez vastagságával együtt növekszik. A lemezt λ/4-esnek mondjuk, ha vastagsága olyan, hogy a lemezen áthaladó két egymásra merőleges rezgés között a fáziskülönbség 90o. A λ/4-es lemezből kilépő két egymásra merőleges rezgés cirkulárisan poláros rezgéssé tevődik össze. Ha két egymásra merőleges rezgés amplitúdója nem egyenlő, vagy fáziskülönbségük nem 90°, akkor összetételükből elliptikusan poláros fény keletkezik. Speciális esetben, ha a fáziskülönbség 180o, vagy ennek többszöröse, akkor az eredő síkban poláros fény.
Két egyenlő amplitúdójú, ellentétes irányba forgó cirkulárisan poláros fény eredője síkban poláros, amelynek rezgési iránya a két cirkuláris rezgés fáziskülönbségétől függ.
Poláros fény meghatározása.
A síkban poláros fény ismerésére egy polarizáló eszközt, pl. polaroidot nálunk. Ha a vizsgálandó fénysugár körül forgatjuk polaroidot, amit most analizátornak nevezünk, akkor egy bizonyos helyzetben kioltja a beeső fényt, 90o-kal elfordítva pedig teljesen átengedi. Ha maximális áteresztésnél az átmenő fény intenzitása Io, akkor az analizátor φ szögű elfordításakor Io cos2
Ha az analizátor körbeforgatásával nem változik fény intenzitása, akkor a beeső fény vagy termeszes fény, vagy körösen poláros. Egy λ/4-es lemezt téve analizátor elé és az analizátort forgatva, el tudjuk dönteni, hogy a fény körösen poláros-e. Mégpedig, ha analizátor egyetlen helyzetében teljes kioltást kapunk, akkor cirkulárisan poláros a fény.
A tisztán elliptikusan poláros fénynek a természetes és elliptikusan polározott keverékétől való megkülönböztetésére az analizátoron kívül egy kompenzátorra, változtatható fáziskülönbséget előállító eszközre van szükség.
Helyezzünk a síkban poláros fehér fény útjába különböző vastagságú, kettősen törő lemezeket, majd utánuk 90o-kal elfordított analizátort. A különböző színű fénysugarak a különböző vastagságokon különböző fáziseltolódásokat szenvednek és így az analizátor rezgései irányában egyes színek kitolódnak, mások teljesen átmennek. A különböző vastagságok különböző színűek.
FINOMMECHANIKAI KÉZIKÖNYV