Polarizazio (uhinak)

Polarizazio elektromagnetikoa orientazio bat baino gehiagorekin oszila dezaketen uhinen propietate bat da.^[1]^[2]^[3]^[4] Normalean zeharkako uhinei egiten diete erreferentzia, bereziki uhin elektromagnetikoei, nahiz eta zeharkako uhin mekanikoetan ere gerta daitekeen. Bestalde, soinu-uhinak, gas edo likido batean gertatzen direnak, soilik luzeratako uhinak dira, eta horien oszilazioa beti uhinaren noranzkoan doa; beraz, ez da polarizazioaz hitz egiten uhin hauen kasuan. Polarizazioa erakusten duten zeharkako uhinek uhin elektromagnetikoak barne hartzen dituzte (argia eta irrati uhinak esaterako), uhin grabitazionalak eta zeharkako soinu uhinak (zizailatze-uhinak) solidoetan.

Argia bezalako uhin elektromagnetiko bat eremu elektriko oszilatzaile akoplatu bat eta eremu magnetiko perpendikular batean datza, tradizionalki, uhin elektromagnetikoen "polarizazioa" eremu elektrikoaren norabideari dagokio. Polarizazio linealean eremuek noranzko bakarrean oszilatzen dute. Polarizazio zirkularrean edo eliptikoan, aldiz, eremuak abiadura konstante batean mugitzen dira plano batean uhinak bidaiatzen duen heinean. Errotazioak bi noranzko desberdin izan ditzake: batetik, eskuineko polarizazio zirkularra deritzona, hots, eremuak uhinaren desplazamenduaren norabidearekiko eskuineko eskuaren noranzkoan biratzen duenean; eta, bestetik, ezkerreko polarizazio zirkularra deritzona, eremuak ezkerreko eskuaren noranzkoan biratzen duenean.

Argia edo beste hainbat iturritako erradiazio elektromagnetikoa (adibidez, eguzkia, sugarrak eta lanpara goriak) polarizazioen nahasketa berdina duten uhin laburreko trenetan datza; honi argi ez polarizatua deritzo. Argi polarizatua sor daiteke argi ez polarizatua polarizadore batetik pasatuz, polarizazio bakarreko uhinak soilik igaro daitezkeen iragazki batetik alegia. Material optiko ohikoenak (adibidez, beira) isotropikoak dira eta ez diote haietatik igarotzen den argiaren polarizazioari eragiten; hala ere, material batzuek (birfringentzia, dikronismoa edo jarduera optikoa erakusten dutenak) argiaren polarizazioa alda dezakete. Horietako batzuk iragazki polarizatzaileak sortzeko erabiltzen dira. Bestalde, argia partzialki polarizatuta dago gainazal batean islatzen denean.

Mekanika kuantikoaren arabera, uhin elektromagnetikoak fotoi deituriko partikulen korronte gisa ere ikus daitezke. Era honetan ikusten direnean, uhin elektromagnetikoaren polarizazioa fotoien propietate mekaniko-kuantiko batek zehaztuta dago, espin izeneko propietateak zehazten baitu.^[5]^[6] Fotoi batek bi espin posibleetako bat du: eskuineko eskuaren noranzkoan edo ezkerreko eskuaren noranzkoan bira dezake bere ibilbidearen norabidearekiko. Polarizazio zirkularreko uhin elektromagnetikoa espin bakarreko fotoien bitartez osatuta dago, eskuinekoa edo ezkerrekoa. Linealki polarizatutako uhina ezker-eskuin zirkularki gainjarritako egoera polarizatuetan dauden fotoien bidez osatuta dago, anplitude berdinarekin eta fase sinkronizatuekin plano batean oszilazioa emateko.

Polarizazioa parametro oso garrantzitsua da zeharkako-uhinen zientzian; hala nola, optikan, sismologian, irratian eta mikrouhinetan. Bereziki eragina du laser teknologian, hari gabeko eta zuntz optikozko telekomunikazioetan eta radarretan.

Uhin elektromagnetiko batean, eremu elektrikoa zein eremu magnetikoa oszilatzaileak dira, baina noranzko desberdinetan; bata bestearekiko perpendikularrak dira, eta uhinaren propagazio norabidearekiko perpendikularrak ere bai.

Uhin elektromagnetikoen eremu elektrikoa eta eremu magnetikoa

Uhin elektromagnetiko bat zeharkako-uhin bat da, eremu elektriko eta eremu magnetiko bat aldi berean osatzen dituena. Bi eremuak bata bestearekiko oszilatzen dute, Maxwellen ekuazioek azaltzen duten portaerari jarraiki.

Normalean, hitzarmen bidez erabakitzen da polarizazio elektromagnetikoaren azterketa egiten denean soilik eremu elektrikoa aztertzea, eremu magnetikoa baztertuz, eremu magnetikoaren bektorea eremu elektrikoko bektoretik lor dezakegulako, perpendikularrak eta proportzionalak baitira.

Uhin lauen polarizazioa

Polarizazioa ondo ikusteko adibiderik errazena uhin lau bat da, gainera, argi-uhin gehienen hurbilketa ona ere bada. Polarizazioa edozein motako zeharkako uhinek, bereziki uhin elektromagnetikoek eta elastikoek, beren dardara norabideak mugatzeko duten tasuna da. Argi arruntak bere norabidean normal diren plano posible guztietan dardartzen duen bezala, argi polarizatuak plano bakar batean dardartzen du; dardararen formaren arabera hiru polarizazio mota ezagutzen dira:

zirkularra; barreiatzen den uhinaren bektore magnitudeak zirkunferentzia bat egiten duenean
lerrozuzena, bektore magnitudea plano finko bati paraleloa denean
eliptikoa, bektore magnitudeak elipse bat egiten duenean.


Lerrozuzena	Zirkularra	Eliptikoa

Ezaugarriak

Zeharkako edozein uhinen dardara elkarzut dago uhina hedatzen den norabidearekiko; beraz, dardara hori aise deskonposa daiteke uhina hedatzen den norabideari buruz elkarzut dagoen planoaren osagai angelu zuzenetan. Esate baterako, x norabidean barrena hedatzen ari den uhin elektromagnetikoan (uhin elektromagnetikoak zeharkako uhinak dira), eremu elektrikoa eta magnetikoa yz planoarekiko paraleloa den planoan daude, eta y eta z osagaietan deskonposa daitezke. Eremu elektrikoa espazioko lerro zuzen batekiko paralelo mantentzen bada, uhina lerroan dago polarizatua (polarizazio laua duela ere esaten da). Kasu horretan, eremu magnetikoak ere etengabe iraungo du espazioko lerro batekiko paralelo, uhin elektromagnetikoetan bi eremuek elkarzutak izan behar baitute beti. Uhin elektromagnetikoak ikertzeko, aski da beraz bi eremuetatik bat aztertzea. Eremu elektrikoa aukeratzen da normalean, detektagailu gehienek, giza begiak ere bai, hobeto sumatzen baitute E B baino.

Zeharkako uhinak zirkuluan edo elipsean ere egon daitezke polarizatuta. Zirkuluan edo elipsean polarizatuta dauden uhin elektromagnetikoetan, eremu elektrikoa biraka aritzen da zirkulu bat edo elipse bat eginez. Adibidez, x norabidean hedatzen ari den uhinean, honela adierazten dira eremu elektrikoaren y eta z osagaiak:

E_{\text{y}}=E_{\text{yo}}sin(kx-\omega t)\!

eta

E_{\text{z}}=E_{\text{zo}}sin(kx-\omega t+\pi /2)=E_{\text{zo}}cos(kx-\omega t)\!

$E_{\text{yo}}\!$ eta $E_{\text{zo}}\!$ anplitudeak berdinak badira, uhina zirkuluan dago polarizatuta, polarizazioa eliptikoa izango da bestela.

Zeharkako uhinen polarizazio motak erraz ikus daitezke soketan sortzen diren uhin mekanikoen bidez. Soka luze baten muturra lerro batean zehar gora eta behera mugituz gero, sortzen diren uhinak lerroan egongo dira polarizaturik, eta sokaren elementu bakoitza lerro batean barrena ariko da dardaraka. Bestalde, sokaren muturra lastertasun konstantez zirkulu bat eginez mugituz gero, zirkuluan polarizaturiko uhina sokan barrena hedatuko da, eta sokaren elementu bakoitzak zirkulu bat egingo du. Era berean, soka hori ibilbide eliptikoa eginez mugituz gero, sortzen den uhina elipsean polarizatuta egongo da.

Iturri bakar batek sortzen dituen uhin gehienak polarizaturik daude, adibidez, sokaren mutur baten dardarak sortzen dituen uhin mekanikoak, edo atomo bakarrak edo antena bakarrak sortzen dituen uhin elektromagnetikoak. Iturri askok sortzen dituzten uhinak, ordea, polarizatu gabe egoten dira. Esaterako, argi uhin arrunta bakoitzak bere aldetik eragiten duten milioika atomok sortua da. x ardatzean barrena hedatzen ari den argi uhinaren eremu elektrikoa y eta z osagaietan deskonposa daiteke aldi oro, baina osagai horien arteko $\delta _{\!}$ fase diferentzia zoriaren arabera aldatzen da, ez baitago inolako korrelaziorik atomoek sortzen duten eremu elektrikoen artean. Beraz, mota horretako argi uhina ez dago polarizatuta.

Uhinaren puntu jakin batean eremu elektrikoak propagazio norabidearekiko perpendikular doazen bi osagai bektorial izan ditzake. Bi zeharkako osagai bektorialek haien anplitudea denboran aldatzen dute, eta bien batuketa irudi geometriko bat irudikatuz doa. Irudi hori zuzen bat baldin bada, polarizazioa lineala dela esaten da; zirkunferentzia bat bada, polarizazio zirkularra, eta elipse bat bada, polarizazio eliptikoa.

Uhin elektromagnetikoa uhin harmoniko sinple bat bada, argi monokromatikoaren kasuan bezala, zeinetan eremu elektrikoaren anplitudea era sinusoidal batean aldatzen baita, bi osagaiek maiztasun berdina dute. Hala ere, osagai hauek beste bi definizio ezaugarri dituzte desberdinak izan daitezkeenak. Lehenengo, bi osagaiek ez dute anplitude bera izan behar. Bigarrenez, bi osagaiek ez dute fase berdina izan behar, hau da, ez dira haien maximo eta minimoak aldi berean lortu behar.

Polarizazio motak

Plano finko baten gainetik uhin lau baten eremu elektrikoko bektore bategatik trazatutako forma Lissajous kurba da, eta uhinaren polarizazio mota deskribatzeko erabil daiteke.

Nola zehaztu uhin lau baten polarizazioa

Uhinaren polarizazio mota jakiteko eremua aztertzea beharrezkoa da (elektrikoa zein magnetikoa). Jarraian, eremu elektrikoaren analisia egingo da, baina eremu magnetikoarena nahiko antzekoa da.

Eremu elektrikoak hurrengo egitura baldin badu:

${\overrightarrow {E}}={\overrightarrow {E_{0}}}\cdot {e}^{j\cdot ({\vec {k}}\cdot {\vec {r}}\pm \omega \cdot {t})}$

Uhinaren anplitudea, ${\overrightarrow {E_{0}}}$ , uhinaren polarizazioaren noranzkoan doa beti. Hori dela eta beharrezkoa da ${\overrightarrow {E_{0}}}$ aztertzea, zein polarizazio duen jakiteko.

${\overrightarrow {E_{0}}}$ eraso planoarekiko paraleloa den bektore bat bezala eta plano horrekiko perpendikularra den beste bektore batean deskonposatu ahal da:

${\overrightarrow {E_{0}}}=E_{0||}\cdot {e}^{j\cdot {\theta _{||}}}\cdot {\vec {u_{||}}}+E_{0\perp }\cdot {e}^{j\cdot {\theta _{\perp }}}\cdot {\vec {u_{\perp }}}$

non || sinboloa osagai paraleloentzako erabiltzen den eta $\perp$ osagai perpendikularrentzat. u bektoreak, bektore unitarioak dira eta haien azpiindizeak adierazten duten noranzkoa (paralelo edo perpendikularrak eraso planoarekiko).

Erreferentziak

↑ Shipman, James T.. (2016). An introduction to physical science. (Fourteenth edition. argitaraldia) ISBN 978-1-305-54467-3. PMC 1100701245. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).
↑ Muncaster, Roger. (1993). A-level physics. (4th ed. argitaraldia) Thornes ISBN 0-7487-1584-3. PMC 30777142. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).
↑ Singh, Devraj. (2015). Fundamentals of optics.. (2nd revised edition. argitaraldia) Prentice-Hall Of India ISBN 81-203-5146-0. PMC 923570261. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).
↑ Avadhanulu, M. N.. (2014). A textbook of engineering physics. (Ninth revised edition. argitaraldia) ISBN 978-81-219-0817-7. PMC 904296254. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).
↑ Lipson, S. G.. (1995). Optical physics. (3rd ed. argitaraldia) Cambridge University Press ISBN 0-521-43047-X. PMC 30625128. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).
↑ Waldman, Gary. (2002). Introduction to light : the physics of light, vision, and color. (Dover ed. argitaraldia) Dover Publications ISBN 0-486-42118-X. PMC 48871145. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).

Ikus, gainera

Kanpo estekak

Datuak: Q193760
Multimedia: Polarization (waves) / Q193760

[1] Shipman, James T.. (2016). An introduction to physical science. (Fourteenth edition. argitaraldia) ISBN 978-1-305-54467-3. PMC 1100701245. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).

[2] Muncaster, Roger. (1993). A-level physics. (4th ed. argitaraldia) Thornes ISBN 0-7487-1584-3. PMC 30777142. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).

[3] Singh, Devraj. (2015). Fundamentals of optics.. (2nd revised edition. argitaraldia) Prentice-Hall Of India ISBN 81-203-5146-0. PMC 923570261. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).

[4] Avadhanulu, M. N.. (2014). A textbook of engineering physics. (Ninth revised edition. argitaraldia) ISBN 978-81-219-0817-7. PMC 904296254. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).

[5] Lipson, S. G.. (1995). Optical physics. (3rd ed. argitaraldia) Cambridge University Press ISBN 0-521-43047-X. PMC 30625128. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).

[6] Waldman, Gary. (2002). Introduction to light : the physics of light, vision, and color. (Dover ed. argitaraldia) Dover Publications ISBN 0-486-42118-X. PMC 48871145. (Noiz kontsultatua: 2021-11-24).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]