U kunt misschien een gepolariseerde zonnebril dragen, maar wat betekent dit? Hoe verschillen ze van andere soorten zonnebrillen en waarom zijn ze nuttig? Polarisatie, in termen van licht, verwijst naar het proces van het oriënteren of filteren van lichtgolven in een enkele richting, wat invloed heeft op wat u kunt zien.
Licht als elektromagnetische golven

Een elektromagnetische golf is een transversale golf bestaande uit van een elektrische veldgolf die oscilleert in een vlak loodrecht (haaks) op een magnetische veldgolf, die beide loodrecht staan op de bewegingsrichting.

Aangezien elektromagnetische straling als een golf fungeert, is een bepaalde elektromagnetische golf of lichtgolf zal een frequentie en golflengte ermee geassocieerd hebben. Het product van de golflengte en frequentie is de golfsnelheid.

Elektromagnetische golven vereisen echter geen medium waardoor ze zich kunnen voortplanten en kunnen dus het vacuüm van lege ruimte doorkruisen (wat ze doen met de snelheid van het licht) - de hoogste snelheid in het universum).

Elektromagnetische golven zijn er in vele soorten, waaronder radiogolven, magnetrons, infraroodstraling, zichtbaar licht, ultraviolette straling, röntgenstralen en gammastralen.

Omdat een elektromagnetische golf dwars is met een amplitude loodrecht op de bewegingsrichting, kan deze bovendien worden gepolariseerd - er zijn veel mogelijke vlakken loodrecht op de bewegingsrichting, maar een gepolariseerde golf heeft slechts in één ervan een dwarsamplitude. Langsgolven zoals geluidsgolven hebben alleen verplaatsing in de bewegingsrichting en kunnen daarom niet worden gepolariseerd.
Polarisatie van licht

Niet-gepolariseerde lichtgolven hebben meerdere op elkaar geplaatste oriëntaties. Lichtgolven hebben zowel elektrische als magnetische velden, altijd loodrecht op elkaar - volgens afspraak wordt polarisatie bepaald door de richting van het elektrische veld. Als we vooruitkijken, zien we misschien de elektrische veldvectoren in alle verschillende richtingen wijzen.

Wanneer licht door een polarisator of polarisatiefilter wordt geleid, laat het filter alleen het gedeelte van het licht met elektrische veldlijnen evenwijdig aan de filter door te laten. Als gevolg hiervan wordt het licht gepolariseerd - alles in dezelfde richting georiënteerd. Dit is lineaire polarisatie.

Licht afkomstig van gloeilampen of de zon is niet gepolariseerd. De meest voorkomende bronnen van gepolariseerd licht zijn lasers. Als twee polarisatiefilters haaks op elkaar worden gehouden voor een invallende lichtbron, wordt al het licht geblokkeerd. Als de hoek kleiner is (bijvoorbeeld 45 graden), wordt slechts een deel van het licht geblokkeerd.

Lichtpolarisatoren zijn er in drie soorten: reflecterend, dichroïsch en dubbelbrekend. Reflecterende polarisatoren laten alleen een bepaalde polarisatie van licht door, terwijl ze de rest reflecteren; dichroïsche polarisatoren doen het tegenovergestelde, ze blokkeren alleen een bepaalde polarisatie van licht en laten alle anderen erdoorheen. Bij dubbele breking breken verschillende polarisaties van licht onder verschillende hoeken, waardoor verschillende polarisaties van licht kunnen worden geselecteerd, afhankelijk van de gewenste polarisatie.

Lichtpolarisatie is hoe films in 3D worden geprojecteerd. De 3D-bril die aan filmbezoekers wordt gegeven, heeft eigenlijk tegenovergestelde polarisatiefilters in elke lens; een horizontaal filter links en bijvoorbeeld een verticaal filter rechts. De film wordt vervolgens op hetzelfde scherm geprojecteerd vanuit twee verschillende projectoren, één projecterend licht gepolariseerd verticaal en één projecterend licht horizontaal gepolariseerd. Het linkeroog ziet dan een iets ander beeld dan het rechteroog, en de hersenen combineren de beelden om een perceptie van diepte te creëren.
Brewster's Angle and Polarization by Reflection

Wanneer een lichtstraal invalt op een oppervlak van een materiaal, wordt een deel van het licht gereflecteerd en een deel ervan wordt gebroken (het reist door het materiaal). De hoek van invallend licht die nodig is om het gereflecteerde licht en het gebroken licht precies in de juiste hoek te houden, wordt de hoek van Brewster genoemd.

Wanneer de invalshoek gelijk is aan de hoek van Brewster (afhankelijk van de samenstelling van de media op beide zijden van het oppervlak), en het invallende licht is ongepolariseerd, het zal lineaire polarisatie van het gereflecteerde licht veroorzaken. Als het invallende licht een specifieke polarisatie heeft, specifiek voor het materiaal, wordt het alleen gebroken zonder gereflecteerd licht.

Waarom gebeurt dit? Wanneer het invallende licht tijdelijk wordt geabsorbeerd door de atomen in het oppervlak van het materiaal, oscilleren de elektronen in de atomen van het materiaal. Omdat lichtgolven dwars zijn, moet de polarisatie loodrecht op de bewegingsrichting van de golf staan. Dus als de polarisatie van de invallende golf in de richting is waarin de gereflecteerde golf zou moeten zijn, kan de gereflecteerde golf niet bestaan.

Als het invallende licht niet gepolariseerd is, zal het gereflecteerde licht horizontaal, parallel aan het reflecterende oppervlak. Dit wordt s-gepolariseerd licht genoemd. Licht met polarisatie in het invalsvlak, of het vlak gevormd uit de bewegingsrichting van het invallende licht en een vector loodrecht op het oppervlak, wordt p-gepolariseerd genoemd.

Gepolariseerde zonnebrillen gebruiken het concept van de hoek van Brewster om zonlichtreflectie van horizontale oppervlakken te verminderen. Wanneer de zon laag aan de hemel staat, is er veel s-gepolariseerd licht in gereflecteerde schittering van oppervlakken zoals water en wegen. Gepolariseerde zonnebrillen blokkeren licht met deze polarisatie en verminderen verblinding.
Polarisatie door verstrooiing

Door verstrooiing van invallend licht van luchtmoleculen wordt licht lineair gepolariseerd loodrecht op het invalsvlak. Luchtmoleculen dragen hun eigen kleine oscillatie in één richting, bekend als een dipoolmoment, en ze stralen energie loodrecht op de lijn van die oscillatie uit. Dus als het dipoolmoment van een molecuul heen en weer oscilleert op de y
-as, zal invallend ongepolariseerd licht zich ervan verspreiden in de x
-richting, gepolariseerd in de y
-richting (parallel aan de dipool).

Als de golflengte van het invallende licht vergelijkbaar is met de grootte van de moleculen, wordt dit Rayleigh-verstrooiing genoemd. Rayleigh-verstrooiing is verantwoordelijk voor de kleur van de lucht, of deze nu diepblauw is van een mooie dag of dieprood van een zonsondergang; de kleuren veranderen afhankelijk van de invalshoek van zonlicht op de atmosfeer.
Polarisatie door breking

Polarisatie kan ook optreden door de breking, of doorbuigen van licht als het van het ene medium naar het andere gaat. Meestal vindt de polarisatie loodrecht op het oppervlak plaats.

Wanneer de brekingsindex van een materiaal afhankelijk is van de invalsrichting en de polarisatie van het licht, wordt dit dubbelbrekend genoemd. In dubbelbrekende materialen wordt een invallende lichtstraal door polarisatie gesplitst in twee stralen in het materiaal, die enigszins verschillende paden nemen.

Sommige wetenschappers vermoeden dat een dubbelbrekend type kristal genaamd "calciet" mogelijk is gebruikt door de Vikingen als navigatiehulpmiddel, omdat de brekingspolariserende eigenschappen ervan kunnen worden gebruikt om de zon te lokaliseren op een bewolkte dag, of zelfs onder de horizon.
Circulaire polarisatie

Circulaire polarisatie is een polarisatietoestand waarin de richting van het elektrische veld roteert circulair met de tijd met een constante snelheid in een vlak loodrecht op de voortplantingsrichting. Dit kan worden gedacht als de elektrische veldvector die een helix rond de voortplantingsas trekt terwijl de golf zich voortplant. (Elliptische polarisatie, waarbij de helix enigszins in één dimensie wordt samengedrukt, is ook mogelijk.)

Als, terwijl in de richting van de lichtbron kijkend, de elektrische veldvector tegen de klok in lijkt te roteren, wordt rechts-circulair gepolariseerd genoemd. Als de vector met de klok mee lijkt te draaien, wordt het licht links-circulair gepolariseerd genoemd.

Circulaire polarisatie wordt gecreëerd door twee lineair gepolariseerde lichtgolven, loodrecht op elkaar gepolariseerd en elk 90 graden uit fase voortplantend. Elliptische polarisatie is wanneer een van deze lichtgolven een kleinere amplitude heeft dan de andere, waardoor een ellips in plaats van een cirkel ontstaat.