قطبنده

قطبنده یک فیلتر نوری است که تنها نور با قطبش مشخص را عبور می‌دهد و امواج با دیگر قطبش‌ها را بلوکه می‌کند. قطبنده قابلیت تبدیل موجی با قطبش ترکیبی را به نوری با قطبش مشخص دارد. 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 استفاده‌های کاربردی پیدا کرده‌اند. قطبنده‌ها همچنین می‌توانند برای انواع مختلف امواج الکترومغناطیسی، علاوه بر نور، مانند امواج رادیویی ، مایکروویو ، و اشعه ایکس ساخته شوند.
قطبنده‌های خطی
قطبنده‌های خطی قطبنده‌های خطی را می‌توان به دو دسته تقسیم‌بندی کرد: قطبنده‌های جاذب، که در آن حالتهایی با قطبش ناخواسته توسط دستگاه جذب می‌شوند و نوع دوم قطبنده‌های مقسم پرتو (beam-splitting)، که در آن پرتو غیر قطبیده را به دو پرتو با حالتهای قطبش مخالف تقسیم می‌کند.
قطبنده سیم شبکه (wire grid)
فیلتر قطبنده خطی ساده در اصل یک فیلتر قطبنده سیم شبکه است که متشکل از یک آرایه منظم از سیم‌های فلزی موازی است به‌طوری‌که جهت‌گیری آن‌ها عمود بر صفحه فرودی پرتو باشد. امواج الکترومغناطیسی که دارای یک مولفه میدان موازی با سیم‌ها باشند، الکترون‌ها را وادار به حرکت در طول سیم می‌کنند. از آنجائیکه الکترونها آزاد هستند که در این راستا حرکت کنند، رفتار فیلتر قطبنده مشابه با سطح یک فلز است وقتی که فلز نور را منعکس می‌کند، و موج در امتداد پرتو به عقب انعکاس می‌یابد (منهای مقدار کمی از انرژی که به صورت حرارت از سیم از دست می‌رود)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 مولفه‌های 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. توجه داشته باشید که جهت قطبش عمود بر سیم‌ها است. این تصور که امواج «از طریق لغزش» از شکاف بین سیم‌ها عبور می‌کند نادرست است.
قطبنده‌های جاذب
کریستالهای خاصی، به علت اثرات شرح داده شده توسط کریستال نوری، از خود دورنگی (dichroism) نشان می‌دهند، جذب مرجحی از نور که در جهت خاصی قطبیده است؛ بنابراین آن‌ها می‌توانند به عنوان قطبنده‌های خطی مورد استفاده قرار گیرند. بهترین کریستال شناخته شده 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 تبدیل به رایج‌ترین نوع فیلتر قطبنده در حال استفاده کرده‌است، برای مثال برای عینک‌های آفتابی، فیلترهای عکاسی، و صفحه نمایش کریستال مایع از آن استفاده می‌شود. همچنین بسیار ارزان‌تر از انواع دیگر قطبنده هاست.
قطبنده‌های مقسم پرتو (Beam-splitting polarizers)
قطبنده‌های مقسم پرتو، پرتو فرودی را به دو پرتو مختلف با قطبش خطی تقسیم می‌کنند. برای شکافنده پرتو ایده‌آل (beamsplitters) خروجی به‌طور کامل در قطبشهای متعامد رخ می‌دهد. هر چند، برای بسیاری از قطبنده‌های مقسم پرتو، تنها یکی از دو پرتوی خروجی به‌طور کامل قطبیده است و دیگر پرتوها حاوی ترکیبی از قطبش‌های مختلف‌اند.
بر خلاف قطبنده‌های جاذب، قطبنده‌های مقسم پرتو نیاز به جذب و دفع انرژی از حالتهای قطبش بازتابی ندارند، بنابراین آن‌ها برای استفاده در پرتوهای با شدت بالا مانند نور لیزر مناسب تراند. قطبنده‌های شکافنده پرتو (polarizing beamsplitters) که در آن دو مولفه قطبش یا تجزیه می‌شوند یا به‌طور هم‌زمان استفاده می‌شوند.
قطبش نور. در این تصویر  1 −  0 =  i
قانون مالوس و خواص دیگر
قانون Malus که پس از آن نام نام‌گذاری شد اتین-لوئیس مالوس بیان کرد که وقتی یک فیلتر قطبنده کامل در مسیر پرتویی از نور قرار می‌گیرد، شدت نور ،I، پس از عبور به صورت زیر خواهد بود:
جایی که I 0 شدت اولیه است و  i زاویه بین جهت قطبش اولیه نور و محور فیلتر قطبنده است.
باریکه‌ای از نور غیر قطبیده را می‌توان به عنوان ترکیب مخلوط‌های یکنواخت قطبش خطی در تمام زوایای ممکن تصور کرد. از آنجا که مقدار متوسط نصف می‌شود، ضریب انتقال به صورت زیر به دست می‌آید:
در عمل، مقداری از نور در عبور از فیلتر قطبنده هدر می‌رود و درصد واقعی عبور نور غیر قطبیده تا حدودی پایین‌تر از این خواهد بود.
گردآورندگان
mer30