قطبنده: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده

درخط

نسخهٔ ‏۸ آوریل ۲۰۱۹، ساعت ۱۲:۲۷

قطبنده‌ای از نوع سیم-شبکه (وسط) که تنها قطبش عمودیِ یک موج الکترومغناطیسی با قطبش دایره‌ای را عبور می‌دهد.

قُطبَنده (انگلیسی: Polarizer)، یک فیلتر نوری است که تنها قطبش مشخصی از نور را عبور می‌دهد و مانع عبور قطبش‌های دیگر نور می‌شود. قطبنده می‌تواند نوری با قطبش ترکیبی را به نوری با قطبش مشخص تبدیل کند. قطبنده‌های معمول، قطبنده‌های خطی و دایروی هستند.
قطبنده‌ها در بسیاری از ابزارهای نوری استفاده می‌شوند، و همچنین فیلترهای قطبنده در عکاسی و فناوری صفحه نمایش کریستال مایع کاربرد دارند. قطبنده‌ها همچنین می‌توانند علاوه بر نور، برای دیگر امواج الکترومغناطیسی مانند امواج رادیویی، مایکروویو، و اشعه ایکس ساخته شوند.

قطبنده‌های خطی (Linear polarizers)

قطبنده‌های خطی را می‌توان به دو دسته تقسیم‌ کرد: قطبنده‌های جاذب، که در آن قطبش‌های ناخواسته توسط قطبنده‌ جذب می‌شوند، و قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو (Beam-splitter) که پرتو ناقطبیده را به دو پرتو با قطبش‌های مخالف تقسیم می‌کند.

قطبنده سیم-شبکه (wire-grid)

فیلتر قطبنده سیم-شبکه، یک قطبنده خطی ساده است که متشکل از یک آرایهٔ منظم از سیم‌های فلزی موازی است به‌طوری‌که راستای آن‌ها عمود بر صفحهٔ فرودی پرتو باشد. امواج الکترومغناطیسی که دارای مؤلفۀ میدان الکتریکی موازی با راستای سیم‌ها باشند، الکترون‌ها را وادار به حرکت در طول سیم می‌کنند، و الکترون‌ها می‌توانند تنها در راستای سیم‌ها (افقی) حرکت کنند. در این حالت، رفتار قطبنده، مشابه یک سطح فلزی است که امواج الکترومغناطیسی را منعکس می‌کند؛ بنابراین موج دارای قطبش افقی منعکس می‌شود (مقدار کمی انرژی هم به صورت حرارت در سیم‌ها تلف می‌شود).
اما میدان الکتریکی عمود بر راستای سیم‌ها، نمی‌تواند الکترون‌ها را در سیم‌ها حرکت دهد، بنابراین بخش عمدۀ موج با قطبش عمودی از قطبنده می‌گذرد و تنها اندکی از آن منعکس می‌شود. از آنجا که مؤلفه‌های میدان الکتریکی موازی با سیم منعکس شده‌اند، موج عبوری یک میدان الکتریکی خالص در جهت عمود بر سیم‌ها دارد و به‌این‌ترتیب به‌صورت خطی قطبی شده‌است.

قطبندۀ جاذب

کریستال‌های خاصی، به علت اثرات کریستال نوری، از خود دورنگی (Dichroism) نشان می‌دهند، جذب ترجیحی نور که قطبش خاصی دارد؛ بنابراین آن‌ها می‌توانند به عنوان قطبنده‌های خطی استفاده شوند. بهترین کریستال شناخته‌شده از این نوع، کهربای اصل (Tourmaline)است. با این حال، چون اثر دورنگی به شدت به طول موج وابسته است این کریستال به ندرت به عنوان یک فیلتر قطبنده استفاده می‌شود. Herapathite نیز دورنگی است ولی به شدت رنگی نیست، اما رشد آن در کریستال‌های بزرگ دشوار است. فیلتر پلاریزه پلاروید در مقیاس اتمی همانند فیلتر قطبنده سیم شبکه است. این نوع فیلتر از لایه‌های میکروسکوپی کریستال herapathite ساخته شده‌است. پایداری و قابلیت‌های عملی پلاروید آن را رایج‌ترین نوع فیلتر قطبنده کرده‌است، برای مثال برای عینک‌های آفتابی، فیلترهای عکاسی، و صفحه نمایش کریستال مایع از آن استفاده می‌شود. همچنین بسیار ارزان‌تر از انواع دیگر قطبنده‌هاست.

قطبندۀ جداکنندۀ پرتو (Beam-splitting polarizers)

قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو، پرتو فرودی را به دو پرتو با قطبش خطی تقسیم می‌کنند. برای جداکنندۀ پرتو ایده‌آل، خروجی به‌طور کامل در قطبش‌های متعامد رخ می‌دهد. هر چند، برای بسیاری از قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو، تنها یکی از دو پرتوی خروجی به‌طور کامل قطبیده است و دیگر پرتوها حاوی ترکیبی از قطبش‌های مختلف‌اند. بر خلاف قطبنده‌های جاذب، قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو نیاز به جذب و دفع انرژی از قطبش‌های بازتابی ندارند، بنابراین آن‌ها برای استفاده در پرتوهای با شدت بالا مانند نور لیزر مناسب‌ترند. قطبنده‌های شکافنده پرتو (polarizing beamsplitters) که در آن دو مؤلفه قطبش یا تجزیه می‌شوند یا به‌طور هم‌زمان استفاده می‌شوند.

قطبندۀ دایره‌ای (Circular polarizer)

این قطبنده‌ برای ایجاد قطبش دایره‌ای در امواج (نور، موج الکترومغناطیسی) به کار می‌روند. این قطبنده، از یک قطبندۀ خطی و یک تأخیردهندۀ (Retarder) تشکیل می‌شود.

قانون مالوس

قانون مالوس که به نام اِتیِن-لویی مالوس نام‌گذاری شده، بیان می‌کند که شدت نور پس از عبور از فیلتر قطبنده کامل چنین است:

I=I_{0}\cos ^{2}\theta _{i}

که I₀ شدت اولیه است و θ_i زاویه قطبش اولیهٔ نور و محور فیلتر قطبنده است.
باریکه‌ای از نور ناقطبیده را می‌توان به عنوان ترکیب یکنواخت قطبش خطی در تمام زوایا تصور کرد. از آنجا که مقدار متوسط $\cos ^{2}\theta$ ، برابر 1/2 است، ضریب انتقال به صورت زیر به دست می‌آید:

{\frac {I}{I_{0}}}={\frac {1}{2}}

در عمل، مقداری از نور در عبور از فیلتر قطبنده هدر می‌رود و درصد واقعی عبور نور ناقطبیده تا حدودی پایین‌تر از این خواهد بود.

گردآورندگان

پژوهشکده لیزر و پلاسما دانشگاه شهید بهشتی

منابع

http://en.wikipedia.org/wiki/Polarizer

B. Saleh, Fundamentals of Photonics, New York: Wiley, 1992.

این یک مقالهٔ خرد فیزیک است. می‌توانید با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید.

@@ خط ۱: / خط ۱: @@
-[[پرونده:wire-grid-polarizer.svg|چپ|بندانگشتی|350px|قطبنده (وسط) تنها قطبش خطیِ (در این حالت، عمودی) یک موج با قطبش دایره‌ای را عبور می‌دهد.]]
+[[پرونده:wire-grid-polarizer.svg|چپ|بندانگشتی|350px|قطبنده‌ای از نوع سیم-شبکه (وسط) که تنها قطبش عمودیِ یک موج الکترومغناطیسی با قطبش دایره‌ای را عبور می‌دهد.]]
 '''قُطبَنده''' (انگلیسی: Polarizer)، یک فیلتر نوری است که تنها [[قطبش]] مشخصی از نور را عبور می‌دهد و مانع عبور قطبش‌های دیگر نور می‌شود. قطبنده می‌تواند نوری با قطبش ترکیبی را به نوری با قطبش مشخص تبدیل کند. قطبنده‌های معمول، قطبنده‌های خطی و دایروی هستند.{{سخ}}قطبنده‌ها در بسیاری از ابزارهای نوری استفاده می‌شوند، و همچنین فیلترهای قطبنده در عکاسی و فناوری [[صفحه نمایش کریستال مایع]] کاربرد دارند. قطبنده‌ها همچنین می‌توانند علاوه بر نور، برای دیگر [[تابش الکترومغناطیسی|امواج الکترومغناطیسی]] مانند [[موج‌های رادیویی|امواج رادیویی]]، [[ریزموج|مایکروویو]]، و [[پرتو ایکس|اشعه ایکس]] ساخته شوند.
-== قطبنده‌های خطی ==
+== قطبنده‌های خطی (Linear polarizers) ==
 قطبنده‌های خطی را می‌توان به دو دسته تقسیم‌ کرد: قطبنده‌های جاذب، که در آن قطبش‌های ناخواسته توسط قطبنده‌ جذب می‌شوند، و قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو (Beam-splitter) که پرتو ناقطبیده را به دو پرتو با قطبش‌های مخالف تقسیم می‌کند.
-=== قطبنده سیم شبکه (wire grid) ===
+=== قطبنده سیم-شبکه (wire-grid) ===
-فیلتر قطبنده سیم-شبکه، یک قطبنده خطی ساده است که متشکل از یک آرایهٔ منظم از سیم‌های فلزی موازی است به‌طوری‌که جهت‌گیری آن‌ها عمود بر صفحهٔ فرودی پرتو باشد. [[امواج الکترومغناطیسی]] که دارای یک مؤلفه میدان موازی با سیم‌ها باشند، [[الکترون‌ها]] را وادار به حرکت در طول سیم می‌کنند. از آنجا که الکترونها آزادند که تنها در این راستا حرکت کنند، رفتار فیلتر قطبنده، مشابه سطح یک فلز است وقتی که فلز امواج الکترومغناطیسی را منعکس می‌کند، و موج در امتداد پرتو به عقب انعکاس می‌یابد (مقدار کمی انرژی به صورت حرارت از سیم تلف می‌شود).{{سخ}}برای امواج با [[میدان الکتریکی]] عمود بر سیم‌ها، الکترون‌ها نمی‌تواند در فواصل بسیار دور در عرض هر یک از سیم‌ها حرکت کنند، بنابراین مقدار کمی از انرژی منعکس می‌شود، و موج فرودی قادر است از طریق شبکه منتقل شود. از آنجا که مؤلفه‌های میدان الکتریکی موازی با سیم منعکس شده‌اند، موج عبوری یک میدان الکتریکی خالص در جهت عمود بر سیم‌ها دارد و به این ترتیب است که به صورت خطی قطبی شده‌است. جهت قطبش عمود بر سیم‌ها است. این تصور که امواج «از طریق لغزش» از شکاف بین سیم‌ها عبور می‌کند نادرست است.
+فیلتر قطبنده سیم-شبکه، یک قطبنده خطی ساده است که متشکل از یک آرایهٔ منظم از سیم‌های فلزی موازی است به‌طوری‌که راستای آن‌ها عمود بر صفحهٔ فرودی پرتو باشد. [[امواج الکترومغناطیسی]] که دارای مؤلفۀ میدان الکتریکی موازی با راستای سیم‌ها باشند، [[الکترون‌ها]] را وادار به حرکت در طول سیم می‌کنند، و الکترون‌ها می‌توانند تنها در راستای سیم‌ها (افقی) حرکت کنند. در این حالت، رفتار قطبنده، مشابه یک سطح فلزی است که امواج الکترومغناطیسی را منعکس می‌کند؛ بنابراین موج دارای قطبش افقی منعکس می‌شود (مقدار کمی انرژی هم به صورت حرارت در سیم‌ها تلف می‌شود).{{سخ}}اما [[میدان الکتریکی]] عمود بر راستای سیم‌ها، نمی‌تواند الکترون‌ها را در سیم‌ها حرکت دهد، بنابراین بخش عمدۀ موج با قطبش عمودی از قطبنده می‌گذرد و تنها اندکی از آن منعکس می‌شود. از آنجا که مؤلفه‌های میدان الکتریکی موازی با سیم منعکس شده‌اند، موج عبوری یک میدان الکتریکی خالص در جهت عمود بر سیم‌ها دارد و به‌این‌ترتیب به‌صورت خطی قطبی شده‌است.
-=== قطبنده‌های جاذب ===
+=== قطبندۀ جاذب ===
 کریستال‌های خاصی، به علت اثرات کریستال نوری، از خود دورنگی (Dichroism) نشان می‌دهند، جذب ترجیحی نور که قطبش خاصی دارد؛ بنابراین آن‌ها می‌توانند به عنوان قطبنده‌های خطی استفاده شوند. بهترین کریستال شناخته‌شده از این نوع، کهربای اصل (Tourmaline)است. با این حال، چون اثر دورنگی به شدت به [[طول موج]] وابسته است این کریستال به ندرت به عنوان یک فیلتر قطبنده استفاده می‌شود. Herapathite نیز دورنگی است ولی به شدت رنگی نیست، اما رشد آن در کریستال‌های بزرگ دشوار است. فیلتر پلاریزه پلاروید در مقیاس اتمی همانند فیلتر قطبنده سیم شبکه است. این نوع فیلتر از لایه‌های میکروسکوپی کریستال [[herapathite]] ساخته شده‌است. پایداری و قابلیت‌های عملی پلاروید آن را رایج‌ترین نوع فیلتر قطبنده کرده‌است، برای مثال برای عینک‌های آفتابی، فیلترهای عکاسی، و [[صفحه نمایش]] [[کریستال مایع]] از آن استفاده می‌شود. همچنین بسیار ارزان‌تر از انواع دیگر قطبنده‌هاست.
-=== قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو (Beam-splitting polarizers) ===
+=== قطبندۀ جداکنندۀ پرتو (Beam-splitting polarizers) ===
 قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو، پرتو فرودی را به دو پرتو با قطبش خطی تقسیم می‌کنند. برای جداکنندۀ پرتو ایده‌آل، خروجی به‌طور کامل در قطبش‌های متعامد رخ می‌دهد. هر چند، برای بسیاری از قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو، تنها یکی از دو پرتوی خروجی به‌طور کامل قطبیده است و دیگر پرتوها حاوی ترکیبی از قطبش‌های مختلف‌اند.
 بر خلاف قطبنده‌های جاذب، قطبنده‌های جداکنندۀ پرتو نیاز به جذب و دفع انرژی از قطبش‌های بازتابی ندارند، بنابراین آن‌ها برای استفاده در پرتوهای با شدت بالا مانند نور لیزر مناسب‌ترند. قطبنده‌های شکافنده پرتو (polarizing beamsplitters) که در آن دو مؤلفه قطبش یا تجزیه می‌شوند یا به‌طور هم‌زمان استفاده می‌شوند.
-[[پرونده:Malus_law.svg|بندانگشتی|alt=متن جایگزین|قطبش نور. در این تصویر ''θ''<sub>1</sub> − ''θ<sub>0</sub>'' = ''θ<sub>i</sub>']]
+== قطبندۀ دایره‌ای (Circular polarizer) ==
-== قانون مالوس و خواص دیگر ==
+این قطبنده‌ برای ایجاد قطبش دایره‌ای در امواج (نور، موج الکترومغناطیسی) به کار می‌روند. این قطبنده، از یک قطبندۀ خطی و یک تأخیردهندۀ (Retarder) تشکیل می‌شود.
+[[پرونده:Circular.Polarization.Circularly.Polarized.Light Circular.Polarizer Creating.Left.Handed.Helix.View.svg|بندانگشتی|540x540پیکسل|قطبندۀ دایره‌ای]]
+<br />[[پرونده:Malus_law.svg|بندانگشتی|alt=متن جایگزین|قطبش نور. در این تصویر ''θ''<sub>1</sub> − ''θ<sub>0</sub>'' = ''θ<sub>i</sub>']]
+== قانون مالوس ==
 قانون مالوس که به نام [[اتین-لویی ملوس|اِتیِن-لویی مالوس]] نام‌گذاری شده، بیان می‌کند که [[شدت نور]] پس از عبور از فیلتر قطبنده کامل چنین است: