الضوء المستقطب خطيًا له اتجاه ثابت لاهتزاز المجال الكهربائي. ندرس هنا هذا النوع، ثم نحسب شدة الضوء التي يسمح بمرورها مرشح مثالي. [2]
الخلاصة السريعة
في الاستقطاب الخطي يهتز المجال الكهربائي على خط ثابت عمودي على اتجاه انتشار الضوء. [1][2]
- الاستقطاب الخطي وصف لاتجاه الاهتزاز؛ توجد أيضًا صور دائرية وإهليلجية للاستقطاب. [2]
- لضوء مستقطب يدخل مرشحًا مثاليًا نستخدم I = I₀ cos² θ؛ الزاوية بين اتجاه الاستقطاب ومحور المرشح. [1]
- ضوء غير مستقطب بشدة 120 W/m² يخرج من المرشح المثالي الأول بشدة 60 W/m²، ومن الثاني عند 30° بشدة 45 W/m².
- محوران متعامدان يمنعان الخروج المثالي؛ إدخال محور وسيط عند 45° يسمح بمرور بعض الضوء. [2]
ماذا يعني اتجاه الاستقطاب؟
المجال الكهربائي يهتز عرضيًا على اتجاه الانتشار. وعندما يبقى الاهتزاز على خط واحد نسمي الاستقطاب خطيًا؛ هذا الخط قد يميل داخل المستوى العرضي. تغير الاتجاه مع الزمن قد يعطي استقطابًا دائريًا أو إهليلجيًا. [2]
لتصور الفرق، ارسم سهمًا للحزمة المتجهة نحوك، ثم خطًا رأسيًا أمامها. السهم يحدد أين تنتقل الحزمة، والخط يمثل في هذا التصور الاتجاه الذي نختاره للمجال. لا تحتاج إلى جعل الخط موازيًا للسهم.
كيف نطبق قانون مالوس؟
تُقاس θ بين استقطاب الضوء الداخل ومحور نفاذ المرشح، لا بين المحور واتجاه انتشار الحزمة. للمرشح المثالي I = I₀ cos² θ، حيث I₀ شدة الدخول إليه. [1]
إذا كان الضوء الداخل غير مستقطب، فإن المرشح المثالي الأول ينفذ نصف شدته ويجعله مستقطبًا على محوره. نستخدم الشدة الناتجة عند حساب المرشح التالي. [1]
مثال شدة الضوء بعد مرشحين
نختار شدة أولية 120 W/m². نتيجة الخطوة الأولى هي 120 / 2 = 60 W/m². عند ميل المحور الثاني 30° عن الأول نحسب 60 × (√3/2)² = 60 × 3/4 = 45 W/m².
لو بدأ الحساب الثاني من 120 لخرج جواب 90، وهو ضعف المطلوب في مثالنا؛ لأننا تجاهلنا النقص الذي حسبناه في الخطوة الأولى. لذلك نكتب شدة الدخول فوق كل خطوة بدل استخدام شدة الحزمة الأصلية في جميع المراحل.
| زاوية المحور الثاني | حساب المثال | شدة الخروج |
|---|---|---|
| 0° | 60 × 1 | 60 W/m² |
| 30° | 60 × 3/4 | 45 W/m² |
| 60° | 60 × 1/4 | 15 W/m² |
| 90° | 60 × 0 | 0 W/m² |
لماذا يسمح المرشح الثالث بمرور ضوء؟
بين محورين متعامدين يمكن وضع محور وسيط عند 45°؛ يعيد المرشح الوسيط تحديد استقطاب الضوء النافذ، فلا يكون عموديًا على محور المرشح الأخير. [2]
في مثالنا تصبح المحاور المتتابعة 0° ثم 45° ثم 90°. بعد الأول لدينا 60، وبعد الوسيط 60 × 1/2 = 30، وبعد الأخير 30 × 1/2 = 15 W/m². المحصلة أقل من شدة الدخول، مع أنها أكبر من صفر الحالة التي لم تضم المحور الوسيط.
الأعداد تخص مرشحات مثالية؛ لا تعني أن كل مرشح عملي ينفذ هذه النسب دون فقد إضافي. [1]
المصادر ومتابعة القراءة
- OpenStax: الاستقطاب وقانون مالوس (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- محاضرات فاينمان، كالتيك: الاستقطاب (يفتح في نافذة جديدة)feynmanlectures.caltech.edu
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.