Sulit untuk memilih siapa yang pertama kali menemukan cahaya terpolarisasi. Orang-orang zaman dahulu dapat melihat suatu tempat yang aneh dengan melihat ke arah langit tertentu. Polarisasi memiliki banyak keanehan, memanifestasikan dirinya di berbagai bidang kehidupan, dan hari ini menjadi subjek penelitian dan aplikasi massal, alasan untuk semuanya adalah hukum Malus.
Penemuan cahaya terpolarisasi
Viking mungkin menggunakan polarisasi langit untuk bernavigasi. Bahkan jika tidak, mereka pasti menemukan Islandia dan batu kalsit yang indah. Spar Islandia (kalsit) dikenal bahkan di zaman mereka, itu adalah penduduk Islandia yang dia berutang namanya. Mineral ini pernah digunakan dalam navigasi karena sifat optiknya yang unik. Ini memainkan peran utama dalam penemuan polarisasi modern dan terus menjadi bahan pilihan untuk memisahkan komponen polarisasi cahaya.
Pada tahun 1669, matematikawan Denmark dari Universitas Kopenhagen, Erasmus Bartholinus, tidak hanya melihat cahaya ganda, tetapi juga melakukan beberapa eksperimen, menulis memoar setebal 60 halaman. Iniadalah deskripsi ilmiah pertama tentang efek polarisasi, dan penulisnya dapat dianggap sebagai penemu sifat cahaya yang menakjubkan ini.
Christian Huygens mengembangkan teori gelombang cahaya, yang diterbitkannya pada tahun 1690 dalam bukunya yang terkenal Traite de la Lumiere. Pada saat yang sama, Isaac Newton mengajukan teori sel darah cahaya dalam bukunya Opticks (1704). Pada akhirnya, keduanya benar dan salah, karena cahaya memiliki sifat ganda (gelombang dan partikel). Namun Huygens lebih dekat dengan pemahaman modern tentang proses tersebut.
Pada tahun 1801, Thomas Young membuat eksperimen interferensi celah ganda yang terkenal. Terbukti bahwa cahaya berperilaku seperti gelombang, dan superposisi gelombang dapat menyebabkan kegelapan (gangguan destruktif). Dia menggunakan teorinya untuk menjelaskan hal-hal seperti cincin Newton dan busur pelangi supernatural. Terobosan dalam sains datang beberapa tahun kemudian ketika Jung menunjukkan bahwa polarisasi disebabkan oleh sifat gelombang transversal cahaya.
Etienne Louis Malus muda hidup di era yang penuh gejolak - selama Revolusi Prancis dan pemerintahan teror. Dia berpartisipasi dengan tentara Napoleon dalam invasi Mesir, serta Palestina dan Suriah, di mana dia terjangkit wabah yang membunuhnya beberapa tahun kemudian. Tapi dia berhasil memberikan kontribusi penting untuk memahami polarisasi. Hukum Malus, yang memprediksi intensitas cahaya yang ditransmisikan melalui polarizer, telah menjadi salah satu yang paling populer di abad ke-21 saat membuat layar kristal cair.
Sir David Brewster, penulis sains terkenal, mempelajari mata pelajaran fisika optik seperti dikroisme dan spektrumpenyerapan, serta subjek yang lebih populer seperti fotografi stereo. Ungkapan terkenal Brewster dikenal: "Semuanya transparan kecuali kaca".
Dia juga memberikan kontribusi yang tak ternilai untuk mempelajari cahaya:
- Hukum yang menjelaskan "sudut polarisasi".
- Penemuan kaleidoskop.
Brewster mengulangi eksperimen Malus untuk banyak permata dan bahan lainnya, menemukan anomali di kaca, dan menemukan hukum - "sudut Brewster". Menurutnya, “…ketika sinar terpolarisasi, sinar pantul membentuk sudut siku-siku dengan sinar bias.”
Hukum Polarisasi Malus
Sebelum kita berbicara tentang polarisasi, pertama-tama kita harus mengingat tentang cahaya. Cahaya adalah gelombang, meskipun kadang-kadang itu adalah partikel. Tetapi bagaimanapun juga, polarisasi masuk akal jika kita menganggap cahaya sebagai gelombang, sebagai garis, saat merambat dari lampu ke mata. Kebanyakan cahaya adalah kekacauan campuran gelombang cahaya yang bergetar ke segala arah. Arah osilasi ini disebut polarisasi cahaya. Polarizer adalah perangkat yang membersihkan kekacauan ini. Ia menerima apa pun yang mencampur cahaya dan hanya membiarkan cahaya yang terombang-ambing dalam satu arah tertentu.
Rumusan Hukum Malus adalah: ketika cahaya terpolarisasi datar sepenuhnya jatuh pada penganalisis, intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh penganalisis berbanding lurus dengan kuadrat kosinus sudut antara sumbu transmisi penganalisis dan polarisator.
Gelombang elektromagnetik transversal mengandung medan listrik dan medan magnet, dan medan listrik dalam gelombang cahaya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang cahaya. Arah getaran cahaya adalah vektor listrik E.
Untuk berkas tak terpolarisasi biasa, vektor listrik terus berubah arah secara acak ketika cahaya melewati polaroid, cahaya yang dihasilkan terpolarisasi bidang dengan vektor listriknya bergetar dalam arah tertentu. Arah vektor berkas yang muncul tergantung pada orientasi polaroid, dan bidang polarisasi dirancang sebagai bidang yang berisi vektor-E dan berkas cahaya.
Gambar di bawah menunjukkan cahaya terpolarisasi datar karena vektor vertikal EI dan vektor horizontal EII.
Cahaya tak terpolarisasi melewati Polaroid P 1 dan kemudian melalui Polaroid P 2, membentuk sudut dengan sumbu y-s. Setelah cahaya merambat sepanjang arah x melewati Polaroid P 1, vektor listrik yang terkait dengan cahaya terpolarisasi hanya akan bergetar sepanjang sumbu y.
Sekarang jika kita membiarkan sinar terpolarisasi ini melewati P 2 terpolarisasi lagi, membuat sudut dengan sumbu y, maka jika E 0 adalah amplitudo medan listrik yang datang pada P 2, maka amplitudo dari gelombang yang keluar dari P 2, akan sama dengan E 0 cosθ sehingga intensitas pancaran sinar yang keluar akan sesuai dengan Hukum Malus (rumus) I=I 0 cos 2
di mana I 0 adalah intensitas sinar yang muncul dari P 2 ketika=0adalah sudut antara bidang transmisi penganalisis dan polarizer.
Contoh perhitungan intensitas cahaya
Hukum Malus: I 1=I o cos 2 (q);
di mana q adalah sudut antara arah polarisasi cahaya dan sumbu transmisi polarizer.
Cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas I o=16 W/m 2 jatuh pada sepasang polarizer. Polarisator pertama memiliki sumbu transmisi yang disejajarkan pada jarak 50[derajat] dari vertikal. Polarizer kedua memiliki sumbu transmisi yang sejajar pada jarak 20o dari vertikal.
Uji Hukum Malus dapat dilakukan dengan menghitung intensitas cahaya saat muncul dari polarisator pertama:
4 W/m 2
16 karena 2 50o
8 W/m 2
12 W/m 2
Cahaya tidak terpolarisasi, jadi I 1=1/2 I o=8 W/m 2.
Intensitas cahaya dari polarizer kedua:
I 2=4 W/m 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 W/m 2
Diikuti oleh Hukum Malus, rumusan yang menegaskan bahwa ketika cahaya meninggalkan polarisator pertama, ia terpolarisasi linier pada 50o. Sudut antara ini dan sumbu transmisi dari polarizer kedua adalah 30[derajat]. Oleh karena itu:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 W/m 2.
Sekarang polarisasi linier seberkas cahaya dengan intensitas 16 W/m 2 jatuh pada pasangan polarisasi yang sama. Arah polarisasi cahaya datang adalah 20o dari vertikal.
Intensitas cahaya yang keluar dari polarisasi pertama dan kedua. Melewati setiap polarisator, intensitas berkurang dengan faktor 3/4. Setelah meninggalkan polarizer pertamaintensitasnya adalah 163/4 =12 W/m2 dan berkurang menjadi 123/4 =9 W/m2 setelah melewati detik.
Hukum polarisasi Maluku mengatakan bahwa untuk mengubah cahaya dari satu arah polarisasi ke arah yang lain, kehilangan intensitas dikurangi dengan menggunakan lebih banyak polarisasi.
Misalkan Anda perlu memutar arah polarisasi sebesar 90o.
| N, jumlah polarizer | Sudut antara polarisator yang berurutan | aku 1 / aku o |
| 1 | 90 o | 0 |
| 2 | 45 o | 1/2 x 1/2=1/4 |
| 3 | 30 o | 3/4 x 3/4 x 3/4=27/64 |
| N | 90 / N | [cos 2 (90 o / N)] N |
Perhitungan Sudut Pantulan Brewster
Saat cahaya mengenai suatu permukaan, sebagian cahaya dipantulkan dan sebagian menembus (dibiaskan). Jumlah relatif dari refleksi dan refraksi ini tergantung pada zat yang melewati cahaya, serta sudut di mana cahaya mengenai permukaan. Ada sudut optimal, tergantung pada zatnya, yang memungkinkan cahaya untuk membiaskan (menembus) sebanyak mungkin. Sudut optimal ini dikenal sebagai sudut fisikawan Skotlandia David Brewster.
Hitung sudutBrewster untuk cahaya putih terpolarisasi biasa diproduksi dengan rumus:
theta=arctan (n1 / n2), dimana theta adalah sudut Brewster, dan n1 dan n2 adalah indeks bias kedua media.
Untuk menghitung sudut terbaik untuk penetrasi cahaya maksimum melalui kaca - dari tabel indeks bias kita menemukan bahwa indeks bias untuk udara adalah 1,00 dan indeks bias untuk kaca adalah 1,50.
Sudut Brewster adalah arctan (1,50 / 1.00)=arctan (1.50)=56 derajat (kurang-lebih).
Menghitung sudut cahaya terbaik untuk penetrasi air maksimum. Dari tabel indeks bias diperoleh indeks bias udara adalah 1,00, dan indeks bias air adalah 1,33.
Sudut Brewster adalah arctan (1,33 / 1.00)=arctan (1.33)=53 derajat (kurang-lebih).
Penggunaan cahaya terpolarisasi
Orang awam yang sederhana bahkan tidak dapat membayangkan betapa intensifnya penggunaan polarizer di dunia. Polarisasi cahaya hukum Malus mengelilingi kita di mana-mana. Misalnya, hal-hal populer seperti kacamata hitam Polaroid, serta penggunaan filter polarisasi khusus untuk lensa kamera. Berbagai instrumen ilmiah menggunakan cahaya terpolarisasi yang dipancarkan oleh laser atau dengan mempolarisasikan lampu pijar dan sumber fluoresen.
Polarizer terkadang digunakan dalam pencahayaan ruangan dan panggung untuk mengurangi silau dan memberikan pencahayaan yang lebih merata dan sebagai kacamata untuk memberikan kesan kedalaman yang terlihat pada film 3D. Polarizer silang genapdigunakan dalam pakaian luar angkasa untuk secara drastis mengurangi jumlah cahaya yang masuk ke mata astronot saat tidur.
Rahasia optik di alam
Mengapa langit biru, matahari terbenam merah, dan awan putih? Pertanyaan-pertanyaan ini diketahui semua orang sejak kecil. Hukum Malus dan Brewster memberikan penjelasan untuk efek alami ini. Langit kita benar-benar berwarna, berkat matahari. Cahaya putih terangnya memiliki semua warna pelangi yang tertanam di dalamnya: merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Dalam kondisi tertentu, seseorang bertemu dengan pelangi, atau matahari terbenam, atau larut malam yang kelabu. Langit berwarna biru karena "hamburan" sinar matahari. Warna biru memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dan energi yang lebih banyak dibandingkan warna lain.
Akibatnya, warna biru diserap secara selektif oleh molekul udara, dan kemudian dilepaskan lagi ke segala arah. Warna lain kurang tersebar dan karena itu biasanya tidak terlihat. Matahari siang berwarna kuning setelah menyerap warna birunya. Saat matahari terbit atau terbenam, sinar matahari masuk dengan sudut yang rendah dan harus melewati lapisan atmosfer yang tebal. Akibatnya, warna biru tersebar secara menyeluruh, sehingga sebagian besar diserap sepenuhnya oleh udara, hilang dan menyebarkan warna lain, terutama oranye dan merah, menciptakan cakrawala warna yang indah.
Warna sinar matahari juga bertanggung jawab atas semua warna yang kita sukai di Bumi, apakah itu hijau rumput atau laut biru kehijauan. Permukaan setiap objek memilih warna tertentu yang akan dipantulkan untukmembedakan diri Anda. Awan sering kali berwarna putih cemerlang karena merupakan reflektor atau penyebar yang sangat baik dari warna apa pun. Semua warna yang dikembalikan ditambahkan bersama-sama menjadi putih netral. Beberapa bahan memantulkan semua warna secara merata, seperti susu, kapur, dan gula.
Pentingnya sensitivitas polarisasi dalam astronomi
Untuk waktu yang lama, studi hukum Malus, efek polarisasi dalam astronomi diabaikan. Cahaya bintang hampir sepenuhnya tidak terpolarisasi dan dapat digunakan sebagai standar. Kehadiran cahaya terpolarisasi dalam astronomi dapat memberi tahu kita bagaimana cahaya diciptakan. Dalam beberapa supernova, cahaya yang dipancarkan tidak terpolarisasi. Tergantung pada bagian bintang yang dilihat, polarisasi yang berbeda dapat terlihat.
Informasi tentang polarisasi cahaya dari berbagai wilayah nebula ini dapat memberikan petunjuk bagi para peneliti tentang lokasi bintang yang dibayangi.
Dalam kasus lain, keberadaan cahaya terpolarisasi dapat mengungkapkan informasi tentang seluruh bagian galaksi yang tidak terlihat. Penggunaan lain dari pengukuran sensitif polarisasi dalam astronomi adalah untuk mendeteksi keberadaan medan magnet. Dengan mempelajari polarisasi melingkar dari warna cahaya yang sangat spesifik yang berasal dari korona matahari, para ilmuwan telah menemukan informasi tentang kekuatan medan magnet di tempat-tempat ini.
mikroskop optik
Mikroskop cahaya terpolarisasi dirancang untuk mengamati dan memotret spesimen yang terlihat melaluisifat optik anisotropik mereka. Bahan anisotropik memiliki sifat optik yang berubah dengan arah rambat cahaya yang melewatinya. Untuk menyelesaikan tugas ini, mikroskop harus dilengkapi dengan polarizer yang ditempatkan di jalur cahaya di suatu tempat di depan sampel, dan penganalisis (polarizer kedua) yang ditempatkan di jalur optik antara aperture belakang objektif dan tabung penglihatan atau port kamera..
Penerapan polarisasi dalam biomedis
Tren populer saat ini didasarkan pada fakta bahwa di dalam tubuh kita terdapat banyak senyawa yang aktif secara optik, yaitu, senyawa tersebut dapat memutar polarisasi cahaya yang melewatinya. Berbagai senyawa optik aktif dapat memutar polarisasi cahaya dalam jumlah dan arah yang berbeda.
Beberapa bahan kimia optik aktif hadir dalam konsentrasi yang lebih tinggi pada tahap awal penyakit mata. Dokter berpotensi menggunakan pengetahuan ini untuk mendiagnosis penyakit mata di masa depan. Dapat dibayangkan bahwa dokter menyorotkan sumber cahaya terpolarisasi ke mata pasien dan mengukur polarisasi cahaya yang dipantulkan dari retina. Digunakan sebagai metode non-invasif untuk menguji penyakit mata.
Hadiah modernitas - layar LCD
Jika Anda melihat lebih dekat pada layar LCD, Anda akan melihat bahwa gambar tersebut adalah susunan besar kotak berwarna yang diatur dalam kotak. Di dalamnya, mereka menemukan penerapan hukum Malus,fisika dari proses yang menciptakan kondisi ketika setiap kotak atau piksel memiliki warnanya sendiri. Warna ini merupakan kombinasi cahaya merah, hijau dan biru pada setiap intensitasnya. Warna-warna primer ini dapat mereproduksi warna apa pun yang dapat dilihat oleh mata manusia karena mata kita adalah trikromatik.
Dengan kata lain, mereka memperkirakan panjang gelombang cahaya tertentu dengan menganalisis intensitas masing-masing dari tiga saluran warna.
Tampilan memanfaatkan kekurangan ini dengan hanya menampilkan tiga panjang gelombang yang secara selektif menargetkan setiap jenis reseptor. Fase kristal cair berada dalam keadaan dasar, di mana molekul berorientasi pada lapisan, dan setiap lapisan berikutnya sedikit memutar untuk membentuk pola heliks.
7-segmen LCD display:
- Elektroda positif.
- Elektroda negatif.
- Polarizer 2.
- Tampilan.
- Polarizer 1.
- Kristal cair.
Di sini LCD berada di antara dua pelat kaca, yang dilengkapi dengan elektroda. LCD senyawa kimia transparan dengan "molekul terpelintir" yang disebut kristal cair. Fenomena aktivitas optik pada beberapa bahan kimia adalah karena kemampuannya untuk memutar bidang cahaya terpolarisasi.
Film 3D Stereoopsis
Polarisasi memungkinkan otak manusia memalsukan 3D dengan menganalisis perbedaan antara dua gambar. Manusia tidak bisa melihat dalam 3D, mata kita hanya bisa melihat dalam 2D. Gambar-gambar. Namun, otak kita dapat memahami seberapa jauh jarak objek dengan menganalisis perbedaan dalam apa yang dilihat setiap mata. Proses ini dikenal sebagai Stereopsis.
Karena otak kita hanya dapat melihat pseudo-3D, pembuat film dapat menggunakan proses ini untuk menciptakan ilusi tiga dimensi tanpa menggunakan hologram. Semua film 3D bekerja dengan menghadirkan dua foto, satu untuk setiap mata. Pada 1950-an, polarisasi telah menjadi metode pemisahan citra yang dominan. Bioskop mulai menjalankan dua proyektor secara bersamaan, dengan polarizer linier di setiap lensa.
Untuk generasi film 3D saat ini, teknologi telah beralih ke polarisasi melingkar, yang menangani masalah orientasi. Teknologi ini saat ini diproduksi oleh RealD dan menyumbang 90% dari pasar 3D. RealD merilis filter melingkar yang beralih antara polarisasi searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam dengan sangat cepat, jadi hanya satu proyektor yang digunakan, bukan dua.
