Polarizarea fotonilor si a undelor electromagnetice

Diferențele între lumină și polarizarea undelor electromagnetice

Context și interpretarea actuală

Undele electromagnetice sunt considerate unde transversale în care vibrațiile de câmpuri electrice și magnetice sunt perpendiculare una pe cealaltă și față de direcția de propagare ( fig.1 ) . Aceste două domenii se schimba cu timpul și spațiul într-un mod sinusoidă .
În general , doar câmpul electric este reprezentat , legat de direcția de propagare , pentru că este cu câmpul electric care detectoare ( ochi , film fotografic , CCD , etc ) interacționează .

polarization001
Fig.1 electromagnetică de propagare a undei

Lumina vizibila constituie doar o mică parte a spectrului electromagnetic complet . Undele electromagnetice cu lungimi de undă mai scurte și energii mai mari includ ultraviolete , raze X și raze gamma . Undele electromagnetice cu lungimi de unda mai lungi și energii mai joase includ lumina infrarosie , microunde , si unde radio și televiziune .

Tip de radiații de undă Range
raze gamma < 13
raze x 1 nm - 13
ultraviolete de 400 nm - 1 nm
vizibil 750 nm - 400 nm
infraroșu 2,5 mm - 750 nm
microunde 1 mm - 25 mm
undele radio > 1 mm

Polarizare a unei unde electromagnetice se referă laorientarea câmpului său electric E. Atunci cânddirecția câmpului electric ( E) este variind aleatoriu cu timpul la o scară foarte rapid , în legătură cudirecția de propagareundei este considerat non polarizată .
În cazul unui val polarizată liniar ,vectorul electric are o orientare fixă referitoare ladirecția de propagare ca în fig 2 .

polarization003
Figura 2 . Orientarea câmp electric de polarizat și non unda electromagnetica polarizată

Polarizare a undei electromagnetice poate fi produsă prin absorbție , împrăștiere , reflecție și birefringența .
Un polarizor liniar este un dispozitiv care permite numai componente de câmp electric paralel într-o anumită direcție ( numităaxa polarizare ) pentru a trece prin . Orice undă electromagnetică care vine printr- o astfel de polarizator este polarizată îndirecția axei polarizare . După ce a părăsit polarizantă, polarizarea undei ( direcția E - câmp ) nu se schimbă , iar valul este considerat a fi polarizată liniar .
Dacă lumina polarizată liniar trece printr- un al doilea polarizator ,intensitatea I transmis ( θ ) al valurilor și lasădoilea polarizatorului , este dat de Legea Malus " .
Mod specific în care un fascicul de undă electromagnetică , la o anumită polarizare este reflectată ( și refractate ) la interfața dintre două medii diferite pot fi utilizate pentru a determinaindicele de refracție al solidului .
În mod specific , pentru o interfață special, există un anumit unghi de incidență (în raport cuvectorul normal alsuprafeței ) , numitunghiul Brewster , care este legată deindicele de refracție al unui material . La acest unghi ,coeficientul de reflexie a luminii polarizate paralel cu planul de incidență este zero . Astfel , în cazulluminii incidente este nepolarizat și îi afecteazămaterialul la unghiul Brewster ,lumina reflectată desolid va fi polarizată înplanul perpendicular pe planul de incidență . Dacăluminii incidente este paralelă polarizată cu planul de incidență ,intensitatealuminii reflectate va fi teoretic zero launghiul Brewster .
Experimentul propus utilizeazăpolarizarea prin reflexie datorită simplității sale , dar și alte metode de polarizare pot fi folosite de asemenea.

Când un fascicul de lumină cade pe oglinda M de la Brewster unghi ,fasciculul reflectat este liniar polarizată . Folosind un al doilea rotație oglinda M " legea Malus poate fi verificată . Dacă oglinda M " este rotit în jurul PP " topor ,reflectate P " fascicul are o intensitate variabilă cu două minim și maxim două valori . Cânddoilea fascicul cade caprima fasciculului la unghiul Brewster fascicululuiS'P ' are o valoare minimă .

polarization005

Figura 3 . Polarizarea prin reflexie

De experimente cu lumina si oglinzi vizibile s-au făcut mai mult de un secol în urmă , începând cu Brewster și repetate într-o mulțime de laboratoare .
Până în prezent, unele experimente au fost făcute în scopul de a verifica fenomenelor de IR , iar efectul poate fi acceptat ca valabil pentru razele UV și gamma . Referitor la acest tip de experiment , merită să fie amintit o lucrare din 1969 : polarizatoare rotativ pentru lângă infra - rosu , RM Lambert et al , J. Phys . E : Sci . Instrum . 2 799-801 doi : 10.1088/0022-3735/2/9/311 .

experimentul propus

Pentru teoria propusă este interesat de a verifica modul in care functioneaza acest experiment în cuptoarele cu microunde sau undele radio . Este dificil de a efectua experimentul de undele radio lungi , dar pentru domeniul microundelor sau terraherz , cu lungime de undă de ordin submillimeter sau centimetru aceasta nu ar trebui să fie probleme insurmontabile în repetarea acestui tip de experiment .
În teoria propusă există o diferență fundamentală între undele electromagnetice si lumina .
Pentruînceput este necesar să se sublinieze căindicele de refracție definit pentru lumină nu are nici o semnificație în caz de microunde ( prin extensie , de asemenea, la alte unde radio ) .
Este demn de a fi amintit un studiu realizat de o echipa de la Universitatea Oklahoma disponibile la link-ul : http://www.nhn.ou.edu/ ~ johnson/Education/Juniorlab/Microwave/2003SP_MicrowaveOptics.ppt # 27
Înexperiment , microundelor polarizate reflectate de o folie de polietilenă sunt numărate pentru unghi diferit de incidență . Au obținut maximum de reflecție nu pentru o singură valoare a unghiului de incidență , ci pentru mai multe valori . Concluzia lor : Suntem în imposibilitatea de a detecta unghi Brewster în experimentul propus .
Rezultatele obținute sunt fără sens în cadrul fizicii actuale .
În teorie propusăindicele de refracție este o caracteristică de interacțiune fotoni cu materia .
Unda electromagnetica interactioneaza intr-un mod diferit cu materia . In cazul undelor electromagnetice , în funcție de material, este posibil să aibă mai mult de un maximum de reflecție sau a nu avea nici maxim deloc .
În consecință , într -un dispozitiv de dublă polarizare oglindă , folosind un cuptor cu microunde sau o sursă de radio UHF , atunci când a doua oglinda este rotit ,intensitatea cu microunde nu modifica conform legii Malus . Este posibil ca unghi diferit de a fi așteptat la mai mult de maxim microunde polarizat reflectate sau să nu aibă nici maxim , iar concluzia este clară : undele radio nu urmează aceleași reguli ca fotoni polarizati ( IR , VIS , etc UV ) de la reflecție .
Folosind o altă metodă de polarizare ( absorbție , împrăștiere , birefringența ) trebuie obținutacelași diferența dintre lumină și undele electromagnetice .
Experimentul pentru UHF undei electromagnetice poate fi simplificată o mulțime dacă în loc de prima oglindă polarizare este folositefectul de polarizare datorat antenă specifică . Orientarea fizică a unei antene wireless corespundepolarizare a undelor radio primite sau transmise de către acea antena . Astfel , o antenă verticală recepționează și emite unde polarizate vertical , și o antenă orizontală primește sau emite unde polarizate orizontal . Cuptor cu microunde pentru a
Prin urmare, pentru UHF , undele polarizate care provin dintr-o , să zicem toamna antena verticala direct de pe o oglinda rotație și în conformitate cu interpretarea actuală la reflecție ar trebui să respecte legea Malus . În realitate, experimentul duce la rezultate negative în ceea ce privește această lege , astfel încât din nou presupunerea că lumina este o unda electromagnetica este neîntemeiat .

polarization007

Figura 4 . Schemă simplificată pentru unda electromagnetica

Interpretarea corpuscular detaliat de polarizarea luminii este prezentat în carte înainte .
Analiza detaliată a interacțiunii undelor electromagnetice cu materia vor fi analizate într -o carte suplimentare legate de electricitate .

Differences between light and electromagnetic wave polarization

Background and actual interpretation

Electromagnetic waves are considered transverse waves in which the vibrations of electric and magnetic fields are perpendicular to each other and to the direction of propagation (fig.1). These two fields change with time and space in a sinusoid fashion.
Generally, only the electric field is represented, related to the propagation direction, because it is with the electric field that detectors (eye, photographic film, CCD, etc.) interact.

Fig.1 Electromagnetic wave propagation

Visible light makes up just a small part of the full electromagnetic spectrum. Electromagnetic waves with shorter wavelengths and higher energies include ultraviolet light, x-rays, and gamma rays. Electromagnetic waves with longer wavelengths and lower energies include infrared light, microwaves, and radio and television waves.

Type of Radiation Wavelength Range
gamma-rays <1 pm
x-rays 1 nm-1 pm
ultraviolet 400 nm-1 nm
visible 750 nm-400 nm
infrared 2.5 mm-750 nm
microwaves 1 mm-25 mm
radio waves >1 mm

The polarization of an electromagnetic wave refers to the orientation of its electric field E. When the direction of electric field (E) is randomly varying with time on a very fast scale, related to the direction of propagation the wave is considered non polarized.
In case of a linearly polarized wave, the electric vector has a fixed orientation related to the propagation direction like in fig 2.

Figure 2. Electric field orientation for polarized and non polarized electromagnetic wave

The polarization of electromagnetic wave can be produced by absorption, scattering, reflection and birefringence.
A linear polarizer is a device that only allows electric field components parallel to a certain direction (called the polarization axis) to pass through. Any electromagnetic wave that comes through such a polarizer is polarized in the direction of the polarization axis. After leaving the polarizer, the wave’s polarization (E-field direction) does not change, and the wave is considered to be linearly polarized.
If the linearly polarized light passes through a second polarizer, the transmitted intensity I(θ) of the waves as it leaves the second polarizer, is given by Malus’ Law.
The specific manner in which a beam of electromagnetic wave at a specific polarization is reflected (and refracted) at interface between two different media can be used to determine the refractive index of the solid.
Specifically, for a particular interface, there is a particular angle of incidence (relative to the normal vector of the surface), called the Brewster angle, which is related to the refractive index of a material. At this angle, the reflection coefficient of light polarized parallel to the plane of incidence is zero. Thus, if the incident light is non-polarized and impinges on the material at the Brewster angle, the light reflected from the solid will be polarized in the plane perpendicular to the plane of incidence. If the incident light is polarized parallel to the plane of incidence, the intensity of the reflected light will be theoretically zero at the Brewster angle.
The proposed experiment use the polarization by reflection due to its simplicity, but other polarization methods can be used too.