Polariseeritud valgus, selle saamine ja omadused

Olgu meil valgusvoog, kus kõikide lainete levimissuunad on omavahel paralleelsed. Vaatame otse sellele kimbule vastu ja kujutame ette, et me suudame näha iga laine E-vektori võnkumist. Siis me näeksime umbes sellist pilti, mis on toodud joonisel 3.26. Valguslaine E-vektor võib võnkuda igas sihis, sest üksikute lainete kiirgumine pole mitte mingil viisil kooskõlastatud. Selline on nn loomulik valgus.

Kui asetaksime sellise valguse teele seadme, mis laseb läbi ainult mingis kindlas sihis, näiteks vertikaalsihis võnkuvate E-vektoritega laineid, siis näeksime joonisel 3.27 kujutatud pilti. Sellist valgust nimetatakse polariseeritud valguseks.

Valgust polariseerivat seadet nimetatakse polaroidiks. Loomulik valgus polariseerub läbi polaroidi minnes sellepärast, et see laseb läbi ainult valguslaineid, mille E-vektor võngub mingis kindlas sihis või tasandis. Seda tasandit nimetatakse polaroidi läbilasketasandiks ehk polarisatsioonitasandiks. Kui mingi laine E-vektor ei võngu läbilasketasandis, siis see laine neeldub polaroidis kas osaliselt või täielikult. Kõik valguslained, mille E-vektor võngub risti läbilasketasandiga, neelduvad täielikult ja nende energia muutub polaroidi siseenergiaks. Olukord on mõneti sarnane sellega, kui tahate suuski toast õue viia. Siis tuleb uksest läbi minnes suuski püsti hoida, muidu jäävad need ukse piitade taha kinni ja ei saa toast välja.

Seda, kas valgus on polariseeritud või mitte, tehakse kindlaks ka polaroidi abil. Kui vaadata loomulikku valgust läbi polaroidi, siis polaroidi pööramine ümber vaatesuuna ei põhjusta valguse intensiivsuse muutust. Kui aga vaadata polariseeritud valgust, siis polaroidi pööramisel valguse intensiivsus muutub.

On kokku lepitud, et seda polaroidi, mis valgust polariseerib, nimetatakse polarisaatoriks, ja seda, mille abil tehakse kindlaks valguse polarisatsioon – analüsaatoriks.

J.3.28 Analüsaatorit A läbinud valguse intensiivsuse maksimumide ja miinimumide tekkimine analüsaatori pööramisel.

Uurime lähemalt, kuidas muutub polariseeritud valguse intensiivsus, kui seda valgust vaadata läbi analüsaatori, mida pööratakse ümber vaatesihi. Selleks hoiame polaroidi ühes kindlas asendis ja vaatame sealt tulnud valgust läbi analüsaatori. Pöörame analüsaatorit ümber vaatesihi, näiteks vastupäeva, ühe täisringi. Olukorda aitab mõista joonis 3.28, kus on näidatud polarisaatori P ja analüsaatori A neli asendit.

Kui polarisaatori läbilasketasand on vertikaalne ja analüsaatori läbilasketasand on ka vertikaalne, siis on analüsaatorist väljunud valguse intensiivsus maksimaalne (olukorrad a ja c). Kui läbilasketasandid on omavahel risti, siis ei pääse valgus üldse analüsaatorist läbi (olukorrad b ja d). Seega ühe täisringi jooksul esineb kaks intensiivsuse I maksimumi ja kaks miinimumi.

J.3.29 Valguslaine E-vektori kompo­nendi leidmine, mis läbib analüsaatorit.

Valguse intensiivsuse sõltuvust valguse polarisatsioonitasandi ja analüsaatori läbilasketasandi vahelisest nurgast seletatakse järgmiselt.

Langegu polariseeritud valgus analüsaatorile, mille läbilasketasand on vertikaalne ja mille E-vektor moodustab läbilasketasandiga nurga . Sel juhul saab analüsaatorit läbida ainult komponent  (vt J.3.29.)

Kuna valguse intensiivsus , saame intensiivsuse avaldiseks 

Selle seaduse avastas Prantsuse füüsik E. Malus 1808. aastal.

Valgus polariseerub mitmetes protsessides, näiteks peegeldumisel või valikulisel neeldumisel, nagu see toimub polaroidides.

Kuna taeva valgus on üldiselt polariseeritud, pilvedelt peegelduv valgus aga mitte, siis saab polarisaatoritega pilvi esile tuua.

Peegeldunud valguse polariseerumises saame veenduda, kui vaatame näiteks lauapinnalt või kilekaantelt peegeldunud valgust läbi analüsaatori. Kui seda pöörata ümber vaatlussuuna, siis mingis analüsaatori asendis kaob peegeldunud valgus. Kui aga vaadata mõnelt metallesemelt peegeldunud valgust, siis see ei kao analüsaatori pööramisel. Kuna laualakk ja kilekaaned on dielektrilisest materjalist, siis meie katse näitab, et peegeldumisel polariseerub ainult dielektrikutelt peegeldunud valgus.

Eriti ilmekalt tuleb erinev polarisatsioon esile autodelt peegeldunud valguse korral: aknaklaasid muutuvad polaroidi mõne asendi korral täiesti mustaks, aga metallosad säravad kogu aeg.