آیا این نور قطبیده است؟

بررسی و تعیین نوع قطبش نور به وسیله قطبشگر  (قطبش سنجی)

مقدمه:

 درمورد موجی بودن نور زیاد شنیده‌ایم. اما در این رفتار موجی چه چیزی نوسان می‌کند. در واقع نور، یک موج الکترومغناطیسی است که در آن میدان الکتریکی نور (و البته میدان مغناطیس آن) نوسان می‌کند. ارتعاش این دو میدان در صفحه عمود بر انتشار نور است که به همین خاطر موج نور یک موج عرضی است. این بدان معناست که اگر یک دسته پرتو موازی شده نور، مثل باریکه لیزر را در نظر بگیریم که در جهتی منتشر می‌شود، میدان الکتریکی نوسانی در صفحه عمود بر جهت انتشار است. در اغلب منابع نوری، مثل خورشید و بسیاری لامپ‌ها و بسیاری منابع دیگر میدان الکتریکی در هر جهتی ممکن است نوسان کند، که به آن نور غیرقطبیده می‌گوییم. اگر میدان الکتریکی نور، به هر علتی فقط در یک راستا نوسان داشت، این نور را قطبیده خطی یا صفحه‌ای می‌گویند. حال ممکن است منبع نور به گونه‌ای طراحی شده باشد که فقط میدان الکتریکی را در راستای خاص تولید کند، یا نور پس از تولید در حین انتشار با عبور از یک قطبنده (پلاریزور) و یا در اثر پراکندگی و حتی در بازتاب از برخی محیط‌ها، تبدیل به نور قطبیده شود. گاهی در شرایط خاص ممکن است میدان الکتریکی در یک صفحه خاص نوسان نکند و راستای ارتعاش میدان الکتریکی حول یک دایره بچرخد که در این حالت نور قطبیده دایروی خواهد بود. اگر این دو حالت تلفیق شوند نیز در حالت کلی ممکن است نور قطبیده بیضوی داشته باشیم که مثل نور قطبیده دایروی، راستای ارتعاش میدان الکتریکی حالت ثابت ندارد و حرکت چرخشی دارد و از طرف دیگر بر خلاف نور قطبیده دایروی، دامنه نوسان در حین چرخش تغییر می‌کند که در نهایت انتهای بردار میدان الکتریکی نور، مسیر یک بیضی را طی می‌کند. در نور قطبیده دایروی یا بیضی ممکن است جهت چرخش بردار میدان الکتریکی ساعتگرد یا پادساعتگرد باشد. قطبش بیضی شاید کلی‌ترین حالت قطبش باشد که اگر دامنه ثابت بماند، قطبش دایروی می‌شود واگر بیضویت بیضی به صفر میل کند، قطبش خطی می‌شود.

اهمیت قطبش سنجی فقط در ارزیابی قطبش منابع نوری نیست بلکه شاید بیشترین کاربرد آن در ارزیابی قطبش نور در گذر از بلورها یا مواد مختلف برای ارزیابی نوع ناهمسانگردی ماده است که در بلور شناسی بسیار کاربرد دارد.

 

هدف:

در محیط اطراف ما منابع نور قطبیده متعددی وجود دارد که از آن جمله می‌توان به لیزر، تلویزیون LCD ، بخشی از آسمان، بازتاب از سطوح صیقلی و … اشاره کرد. اغلب در مشاهدات روزمره ما متوجه قطبش نور نمی‌شویم، ولی گاهی این ویژگی نور اهمیت پیدا می‌کند. مثلا اگر یک لیزر پوینتر را برای نشان دادن هدف یا برای بسیاری آزمایش‌ها که انتشار بدون واگرایی نور مهم بوده بکار می‌بریم، شاید متوجه نشویم و مهم نباشد که نور قطبیده هست یا خیر. ولی وقتی این نور از یک سطح بازتاب می‌کند، می‌بینیم شدت نور بازتابی به زاویه چرخش پوینتر حول محورش بستگی پیدا می‌کند که متاًثر از قطبش آن است. در این آزمایش می‌خواهیم به طور ساده قطبش نور را شناسایی کنیم. البته برای دقت بالا و شناسایی دقیق قطبش در موارد پیچیده، ابزار پیچیده‌ای به نام الپسومتر وجود دارد که این کار را انجام می‌دهد ولی اینجا روش‌های ساده برای شناسایی نورهای قطبیده ساده دنبال می‌شود.

انواع قطبشی که در این آزمایش می‌توان بررسی کرد شامل موارد زیر است:

قطبش خطی، جهت قطبش خطی، نور نیمه قطبیده خطی، درجه قطبش نور نیمه قطبیده خطی.

مواردی که در آزمایش پیشرفته‌تر می‌تواند به آن پرداخته شود شامل موارد زیر است:

قطبش دایره ای، قطبش بیضی و اطلاعات در مورد آن‌ها. در کل در این آزمایش هدف اصلی آشنایی با قطبش و قطبش سنجی است.

 

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

برای تعیین قطبش یک منبع نور با استفاده از قطبشگر، به اقلام زیر نیاز داریم:

 

آزمایش:

 در این آزمایش ابتدا می‌خواهیم ببینیم نور مورد نظر قطبیده است یا خیر و قطبش آن را حدس بزنیم. این نور ممکن است نور آسمان، نور تلویزیون یا مانیتور لپ تاپ، نور بازتابی از سطح، نور لیزر، نور قطبیده عبور کرده از یک ماده شفاف ناهمسانگرد یا هر نور دیگر باشد.

  • قطبشگر را در مسیر باریکه نور قرار داده و آن را حول امتدادانتشار باریکه یک دور بچرخانید.
  • اگر در دو حالت خاموشی کامل ایجاد شود، قطبش باریکهقطبش خطی است.
  • اگر شدت نور تغییر نکند، باریکه یا غیرقطبیده است و یاقطبش دایروی دارد، یا آمیزه‌ای از این دو است. یعنی قطبش دایروی جزئی. برای تشخیص دقیقتر، یک تیغه ربع موج  جلوی قطبشگر قرار دهید. با چرخاندن قطبشگر، اگر دوباره شدت تغییر نکند، باریکه غیرقطبیده است. اگر در دو حالت خاموشی کامل ایجاد شود، باریکه قطبش دایروی دارد. اگر شدت تغییر کند ولی خاموشی کامل وجود نداشته باشد، باریکه آمیزه نور غیرقطبیده و قطبیده دایروی خواهد بود.

  • اگر با چرخاندن قطبشگر شدت نور خروجی تغییر کند، ولی خاموشی کامل ایجاد نشود، باریکه یا قطبش بیضوی دارد، یا آمیزه قطبیده خطی و غیرقطبیده است، یا ترکیبی از قطبیده بیضوی و غیرقطبیده است. این بار تیغه نیم موجی را مقابل پلاروید قرار دهید به طوری که محور نوری تیغه، موازی محور قطبشگر در حالت بیشینه شدت باشد. اگر در دو وضعیت خاموشی کامل اتفاق بیافتد، باریکه فرودی قطبش بیضوی خواهد داشت. اگر خاموشی کامل رخ ندهد و حالت بیشینه شدت در همان جهت قبل ایجاد شود، باریکه آمیزه نور غیرقطبیده و قطبیده خطی است. اگر خاموشی کامل پیش نیاید و حالت بیشینه شدت در جهت دیگری ایجاد شود، باریکه آمیزه‌ای از نور قطبیده بیضوی و غیرقطبیده است.

 

کاربرد:

  • قطبش سنجی تکنیک مهمی است که در شناسایی مواد شفاف کاربرد فراوان دارد و برای آن ابزار تجاری دقیق ارائه شده است. از جمله کاربردهای این تکنیک، ارزیابی بلورهای طبیعی در زمین‌شناسی است. برای این منظور میکروسکوپ‌هایی طراحی شده است که مجهز به قطبشگر و تاخیرسازهای مناسب است و می‌تواند اجزای بلور یا هر ماده دیگر را از نظر همسانگردی بررسی کند.
  • مطالعه تنش و میزان آن که منجر به ناهمسانگردی می‌شود با قطبش سنجی میسر است.

 

سؤال پیشنهاد ونکته:

  • از قطبش یا تغییر در قطبش نور چه نتایجی می‌توانیم بگیریم؟
  • در اطرافتان منابع نوری قطبیده را بیابید و چگونگی قطبیده بودن را تحلیل کنید.

 

ایده پردازی:

  • اگر یک حسگر (سنسور) نوری دارید که در مسیر برگشت نور از بازتابنده، مانع را حس می‌کند، در صورتی که مانع هم بازتابنده باشد، حسگر دچار اشتباه می‌شود. مثلا وقتی که مانع مورد نظر بازتابنده باشد یا سطح صیقلی داشته باشد. در این صورت می‌توانید از نور قطبیده استفاده کنید تا آشکارساز، فقط نور بازتابیده از بازتابنده را به عنوان نور برگشتی بپذیرد و نور برگشتی از مانع را واقعا مانع ببیند. این یکی از کاربردهای نور قطبیده است که می‌توانید برای آن طرحی بدهید.
  • برای جلوگیری از بازتابش نور از پنجره بروستر استفاده می‌شود. می‌توانید ایده‌هایی را در نظر بگیرید که کنترل بازتابش نور مهم باشد. مثلا فقط با چرخاندن لیزر بتوانید نور بازتابی را سوییچ کنید بدون آنکه منبع نور را قطع کرده باشید. برای این ویژگی کاربردهایی را طرح کنید.

 

آزمایش‌های مرتبط

 

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با