Polarizarea este o proprietate a undelor transversale care specifică orientarea geometrică a oscilațiilor. Într-o undă transversală, direcția oscilației este transversală față de direcția de mișcare a undelor, astfel încât oscilațiile pot fi în direții diferite perpendiculare pe direcția undei. Un exemplu simplu este vibrația unei coarde de instrument muzical, unde modul de ciupire determină direcția oscilației: verticală, orizontală sau unghiulară față de coardă. În contrast, undele longitudinale, cum ar fi undele sonore în lichide sau gaze, au oscilația particulelor în direcția propagării, deci nu prezintă polarizare.
Undele transversale ce prezintă polarizare includ undele electromagnetice (lumina și radioul), undele gravitaționale și undele sonore transversale în solide. Pentru o undă electromagnetică, câmpul electric oscilant și câmpul magnetic sunt întotdeauna perpendiculare, iar polarizarea undelor EM se referă în mod convențional la direcția câmpului electric. În polarizarea liniară, câmpurile oscilează într-o singură direcție, în timp ce în polarizarea circulară sau eliptică, câmpurile se rotesc într-un plan în timp ce unda se propagă. Lumina, sau alte radiații electromagnetice, rezultate din surse precum Soarele, flăările și lămpile cu incandescență, sunt adesea nepolarizate sau parțial polarizate, adică constituite dintr-un amestec aleatoriu de stări de polarizare.
Polarizarea unei unde EM poate fi produsă prin trecerea luminii nepolarizate printr-un polarizator, care permite trecerea doar a undelor cu o anumită polarizare. Materialele optice izotropice, cum ar fi sticla, nu modifică polarizarea luminii ce trece prin ele, însă materialele birefringente, dicroice sau optic activ pot schimba polarizarea. Din perspectivă cuantică, undele EM pot fi văzute ca fluxuri de fotoni; polarizarea unei unde EM este determinată de proprietatea mecanică quantică a spinului fotonilor. Un foton are două posibilități de rotire: dreapta sau stânga în direcția de propagare. Undele electromagnetice polarizate circular sunt compuse din fotoni cu un singur tip de spin, fie drepti, fie stâncă, iar polarizarea este un parametru important în științele care studiază undele transversale.
Sursele de lumină sunt, în general, clasificate ca incoerente și nepolarizate (sau parțial polarizate), deoarece conțin un amestec aleatoriu de unde cu caracteristici spațiale, frecvențe, faze și stări de polarizare. Pentru înțelegerea polarizării, este adesea util să se considere fascicule coerente plane, adică unde sinusoidale cu direcție de propagare, frecvență, fază și stare de polarizare bine definite. Un sistem optic poate fi caracterizat în raport cu o undă plană pentru a prezice răspunsul său la situații generale, întrucât o undă cu structură spațială specificată poate fi descompusă într-o combinație de unde plane (spectrul său unghiular).
La nivel intuitiv, o undă electromagnetică polarizată vertical poate fi descrisă prin faptul că vectorul câmpului electric oscilează în direcția verticală, iar câmpul magnetic este perpendicular pe aceasta și pe direcția de propagare. În mediile izotrope neabsorbanțe, undele transversale au componente E și H în direcții perpendiculare pe direcția de propagare, iar E și H sunt, de asemenea, perpendicular între ele. Într-o undă monocromatică cu frecvență optică f, dacă direcția de propagare este axa z, componentele câmpului electric pot oscila doar în direcțiile x și y, Ez fiind zero. În mediile anisotrope, cum ar fi cristalele birefringente, câmpul electric sau magnetic poate avea componente longitudinale și transversale, iar D și B urmează o geometrie direcționată de tensorul susceptibilității sau permittivității magnetice.
Chiar și în spațiul liber, pot exista componente longitudinale, în zone focale, unde aproximația undelor plane se descompune. În cazul undelor sonore, polarizarea este definită în funcție de modul de oscilație: pentru solide, undele pot fi transversale și longitudinale, iar polarizarea transversală este asociată cu forța de forfecare, în timp ce polarizarea longitudinală descrie comprimarea solidului în direcția de propagare. Pentru o undă monocromatică pur polarizată, vectorul câmpului electric formează, în ciclul de oscilație, o elipsă sau un cerc, în funcție de faza dintre componentele de polarizare orizontale și verticale. O astfel de descriere se poate reprezenta prin figura eliptică a polarizării și prin parametri precum unghiul de orientare ψ și elipticitatea ε = a/b (raportul axelor elipsei).
Polarizarea fotonilor reprezintă descrierea mecanică cuantică a undelor EM plane coerente. Un foton poate avea polarizare circulară dreaptă sau stângă sau o suprapunere a celor două, iar vectorul de stare al polarizării fotonilor este legat de reprezentarea Jones pentru polarizările de bază în cazul undelor clasice. Conceptul de poli unitare provine din conservarea energiei într-o undă propagând prin mediul fără pierderi și modificând polarizarea. Multe dintre conceptele matematice ale mecanicii cuantice, inclusiv vectorii de stare, amplitudinea probabilității, operatorii unitari și hermitici, apar în mod natural din ecuațiile clasice Maxwell. Identificarea fotonului ca mărime minimă a energiei câmpului electromagnetic oferă legătura cu mecanica cuantică prin interpretările lui Planck și Einstein.
- Polarizare liniară: câmpuri oscilează într-o singură direcție.
- Polarizare circulară/eliptică: câmpurile se rotesc într-un plan în timp ce unda se propagă.
- Polarizarea nepolarizată sau parțial polarizată: amestec aleatoriu de stări de polarizare.
- Polarizarea poate fi manipulatã cu filtre polarizatoare și elemente optic speciale.
Este important de subliniat că alegerea unui sistem de coordonate pentru descriere este arbitrară; uneltele matematice pot folosi orice pereche de stări ortogonale de polarizare ca bază, nu doar liniar-drepte. În practică, axele pot fi alese, de exemplu, astfel încât x să se Afle în planul de incidență. O selecție adecvată ajută la descrierea polarizării în forma cea mai simplă, iar reprezentările precum diagrama de elipsă ajută la vizualizarea stărilor de polarizare. Într-o undă monocromatică pur polarizată, dacă se trasează vectorul de câmp electric pe un ciclu de oscilație, se poate obține o elipsă, corespunzător unei anumite stări de polarizare eliptică.
Astfel, polarizarea este un parametru central în științele care studiază undele transversale, inclusiv optica, seismologia, radioul și microundele. Ea conduce la aplicații practice precum filtrele de polarizare, managementul stării de polarizare în sisteme de comunicații, imagistica polarimetrică, și caracterizarea mediilor optice. Angajând principiile cuantice, polarizarea fotonilor este legată de spinul fotonilor, iar descrierea cuantică a polarizării facilitează înțelegerea și proiectarea instrumentelor optice avansate.
tags: #polarizarea #sarcinii #spatiale #sau #interfaciala