Polarizör

'Polarizör tanımlanmamış ya da karışık polarizasyona sahip elektromanyetik dalgalardan oluşan bir ışın demetini iyi-tanımlanmış bir polarizasyona sokan bir alettir. Genel polarizör tipleri doğrusal polarizörler ve dairesel polarizörlerdir. Polarizörler birçok optik teknikle ve aletle, polarize filtreler ise fotoğrafçılık uygulamalarında ve sıvı kristal ekran teknolojisinde kullanılmaktadır.

Doğrusal polarizörler iki genel kategoriye ayrılabilir: istenmeyen polarizasyon durumu cihaz tarafından emilen emici polarizörler ve polarize olmayan ışın demetini iki zıt polarizasyon durumuna ayıran ışın demeti-ayırıcı polarizörler.

Kavramsal olarak en basit doğrusal polarizör, gelen ışına dik şekilde yerleştirilmiş bir dizi ince paralel metal tellerden oluşan tel-ızgara polarizörüdür. Tellere paralel elektrik alan bileşenleri bulunan elektromanyetik dalgalar elektronların teller boyunca hareketine neden olur. Elektronlar serbestçe hareket edebildiğinden, polarizör ışığı yansıtan bir metal yüzeye benzer şekilde davranır; enerjinin bir kısmı tellerdeki Joule ısınması nedeniyle kaybolur ve geri kalan dalga gelen dalga boyunca geri yansır.

Tellere dik şekilde elektrik alana sahip dalgalar için ise, elektronlar her bir telin genişliğinden daha uzağa gidemezler; bu yüzden, gelen dalga ızgara boyunca hareket edebilir. Tellere paralel olan elektrik alan bileşenleri emildiğinden ya da yansıdığından, iletilen dalga sadece tellere dik bir elektrik alana sahip olur ve bu yüzden doğrusal polarizedir. Polarizasyon yönünün tellere dik olduğunu göz önünde bulundurun; dalgaların aralıklardan "kayıp geçtiği" olgusu yanlıştır.

Pratik kullanımda, teller arasındaki aralık radyasyonun dalgaboyundan daha az olmalıdır ve teller bu uzaklığın ufak bir parçası kadar olmalıdır. Buradan çıkan sonuç, tel-ızgara polarizörlerinin mikrodalgalar ve uzak- ve orta-kızılötesi ışık için kullanıldığıdır. İleri düzey litografik teknikleri kullanarak görünen ışığın polarizasyonu çok kısa aralıklara sahip metal ızgaralar ile yapılabilir. Polarizasyon derecesi dalgaboyuna ve geliş açısına az miktarda dayandığından, projeksiyon gibi geniş bant uygulamalarında kullanılmaktadır.

Problem, tellerdeki elektronların bütün yönlerde yeniden yayılacağını öneren bir simetriye sahip olduğunda, neden yansıyan ışının var olup da iletilen ışının var olmadığını düşünmek ilginçtir. Basit bir ifadeyler, iletlien ışın "var"dır; ancak, devam eden ışınla tam olarak zıt-fazdadır, bu yüzden birbirlerini "iptal ederler". Bu durum, sırayla, gelen dalganın tellerdeki elektronları "ilerlettiği" ve böylece "tükettiği" fikriyle çelişkiye düşüyor görünmektedir. Aslında, eğer hiçbir ısınma olmadığını varsayarsak, böylece elektronları hareket ettirmek için hiçbir enerji kullanılmadığını söyleyebiliriz — daha iyi bir düşünce tekniği elektronları etkileşim sonucu oluşan dalgalara "binmiş" şekilde hayal etmek olabilir.

Belirli kristaller, kristal optiği tarafından tarif edilen etkiler nedeniyle, belirli yönlerde polarize olmuş ışığın öncelikli emilmeysiyle oluşan ikirenklilik gösterirler. Bu yüzden doğrusal polarizör olarak kullanılabilirler. Bu tipteki en bilinen kristal turmalindir. Ancak, bu kristal dikroik etki yüksek şekilde dalgaboyuna bağlı olduğundan ve kristal renkli gözüktüğünden polarizör olarak çok sık kullanılmaz. Herapathite de ayrıca dikroiktir ve çok renkli değildir, ancak büyük kristaller içinde yetiştirmek zordur.

Polaroid polarize filtre orijinal biçiminde birçok mikroskobik herapathite kristallerinin bir düzenlemesidir. Daha sonraki H-levha formu ise tel-ızgara polarizöre daha benzerdir. İyot katkılı polivinil alkol (PVA) plastikten yapılmıştır. Üretim sırasında levhanın esnetilmesiyle PVA zincirlerinin belirli bir yönde dizilmeleri sağlanır.. İyot katkı maddesindeki elektronlar, zincirlere paralel polarize olmuş ışığın levha tarafından emildiğine emin olunmasını sağlamak üzere zincirler boyunca hareket edebilirler; zincirlere dik şekilde polarize olan ışık geçmektedir. Polaroidin dayanıklılığı ve pratikliği, onu kullanılan en yaygın polarizör haline getirmektedir, örneğin güneş gözlükleri, fotoğraf filtresi ve sıvı kristal ekranlar. Ayrıca diğer polarizörlere gçre daha ucuzdur.

Emici polarizörün modern bir tipi ince (≤0.5 mm) cam plakalar içine gömülü uzatılmış gümüş nanopartikülleri ile yapılmaktadır. Bu polarizörler daha dayanıklıdır ve ışığı plastik Polaroid filmden daha iyi bir şekilde, 100,000:1 gibi yüksek polarizasyon oranlarında ve %1.5 gibi düşük seviyede doğru-olarize ışık emilme seviyelerinde, polarize edebilirler. Böyle cam polarizörler en iyi kısa dalgaboylarındaki kızılötesiışık için uygulanır ve genel olarak optik fiber komünikasyonlarda kullanılır.

Işın-dağıtıcı polarizörler gelen ışını doğrusal polarizasyonları farklı iki ayrı ışına ayırır. İdeal bir polarize eden ışın-dağıtıcı için bu iki ışın tamamen polarize olmuş birbirine dik polarizasyonlar olabilir. Ancak, birçok yaygın ışın-dağıtıcı polarizörlerin iki çıkış ışınlarından sadece biri tamamen polarizedir. Diğeri polarizasyon durumlarının bir karışımı halindedir.

Emici polarizörlerin aksine, ışın dağıtıcı polarizörler reddedilen polarizasyon durumunun enerjisini emme ve yaymak gereksimi duymazlar ve böylece, laser ışığı gibi yüksek yoğunluktaki ışınlar için daha uygun hale gelirler. Her iki polarizasyon bileşeninin analiz edilmesi ya da birlikte kullanılması gereken durumlarda gerçek polarize ışın-dağıtıcılar da ayrıca kullanışlıdır.

Işık iki transparan materyal arasındaki arayüzden belli bir açıda yansırsa, geliş düzlemindeki ve buna dik polarize olan ışıkların yansıma katsayıları farklıdır. Düzlem üzerindeki polarize ışık p-polarize, buna dik olan ise s-polarize olarak adlandırılır. Brewster açısı olarak bilinen özel bir açıda yüzeyden hiç p-polarize ışık yansımaz, yani, bütün yansıyan ışık elektrik alanı geliş düzlemine dik olan s-polarize olmalıdır.

Basit bir doğrusal polarizör bir cam yığınını Brewster açısında eğerek yapılabilir. Bir kısım S-polarize ışık her bir plakanın her bir yüzeyinden yansıtılır. Havadaki görünür ışık ve tipik cam için Brewster açısı yaklaşık 57°dir ve ışın içinde bulunan yaklaşık %16'lık s-polarize ışık hem havadan cama hem de camdan havaya geçişlerde yansır. Işının bu şekilde ortalama bir polarizasyonu bile birçok tabaka gerektirir. 10 levhalık bir yığın için (20 yansıma), s-polarize ışığın yaklaşık %3ü (= (1-0.16)20) geçmektedir. Yansıyan ışın, tamamen polarize halde olmasına rağmen, yayılmaktadır ve pek kullanışlı olmayabilir.

Daha kullanışlı bir polarize ışın levha yığınını gelen ışına daha dik bir açıya yerleştirerek elde edilebilir. Buna karşın, Brewster açısından daha büyük geliş açıları kullanmak iletilen ışının daha yüksek dereceden polarizasyonuna neden olur. 80°den daha dik geliş açıları için iletilen ışın, yoğunluğu çok az olmasına rağmen dört levha kadar az bir sayıyla %100e ulaşabilir.

Diğer doğrusal polarizörler kuartz ve kalsit gibi kristallerin çift kırınım özelliklerinden yararlanır. Bu kristallerde, yüzeylerine gelen polarize olmamış ışın demeti kırınımla iki ışına ayrılır. Bu ışınlardan biri için, o-ışını, Snell yasası geçerli iken diğeri için, e-ışını, geçerli değildir. Genel olarak, iki ışın farklı polarizasyon durumlarında olacaklardır. Ancak belirli kristal eksenlerine göreli yayılım doğrultuları dışında doğrusal polarizasyon durumlarında olmayacaklardır. İki ışın ayrıca kristal farklı kırınım indislerine sahip olacaklardır.

Nikol prizma, ayrıldıktan sonra Kanada balsamı ile birleştirilmiş kalsit kristallerinden oluşan çift kırınımlı polarizörlerin ilk örneklerindendir. Kristal öyle şekilde kesilmiştir ki o- ve e-ışınları dik doğrusal polarize durumdadırlar.