Lainete liigid ja polarisatsioon

Helilained ei ole polariseeritud kuid ristilained nagu elektromagnetlained ja maas liikuvad lained on polariseeritud. Polariseeritus on ristilainete omadus kuna need avaldavad jõudu mingis liikumissuunaga risti olevas suunas kuid polariseerimata lainete nagu õhus levivate helilainete puhul liigutab laine osakeste liikumissuunaga samasuunaliselt.

Pikilained


Algav pikilaine

Sirgema laineharjaga pikilaine

Ristilained

Erinevalt pikilainetest käituvad edasi liikudes küljelt-küljele kõikuvana, mis võib näiteks maavärinate alguses toimuda maamasside libisemisel ja väändumisel.


Algav ristilaine.



Sirgema laineharjaga ristilaine.

Maavärinate lained
Seismilised lained jaotuvad kahte põhigruppi. Maa sees on pikilainete rollis P (primaarsed)-lained, mis on vähemkahjustavad, kiiremini levivad ning on hoiatuseks lähenevast maavärinast kuigi tavaliselt inimesed ise ei taju neid. S-lained ehk sekundaarsed lained levivad aeglasemalt küljelt küljele väändudes ning on maavärinate puhul põhilised tuntavad ja kahjustusi põhjustavad lained.
Maa pinnani jõudes kasutatakse nende puhul teisi nimesid. Rayleigh lained on pikilained ja hävitavamad ristilained on kirjeldaja perekonnanime järgi Love lainete nimetusega.

P lained liiguvad umbes 2 korda kiiremini seismilistest lainetest olles enamasti siiski kilomeetreid sekundis liikuvad. Maavärinate alguskoht on tavaliselt mõnekümne kilomeetri sügavusel ning vahel 700 km sügavusel. S-lained levivad ~3-4 km/s ning P lainete mõõtmine võib anda ~10 sekundilise kuni 2 minutilise eelhoiatuse S-lainete tulekust.

Elektromagnetkiirguse polarisatsioon

Illustratsioon lineaarselt polariseeritud EM kiirguse võnkesuundadest, mis avalduvad liikumissuunaga ristisuunas.

Polarisatsiooni variandid



Ringjalt polariseeritud EM kiirguse elektrilise välja suunad.
Lineaarselt polariseeritud EM kiirguse elektrilise välja suunad.

Looduslik valgus on üldiselt polariseerimata mistõttu kõik võnkumissuunad on võrdselt tõenäolised.



Ühe võimalusena saab valgust polariseerida lastes sellel peegelduda õhu molekulidelt. Ülal pildil liigub polariseerimata valgus gaasi molekulide suunas ning peegeldudes on valgusel lineaarne polarisatsioon, mis on ristisuunas peegeldumisnurgaga.

EM kiirguse polarisatsiooni kasutatakse praktikas näiteks filtrites, läbi mille tehtud fotodel ei paista peegelduvat valgust. Ühe otstarbena kasutatakse polariseeritud valguse blokeerimist päikeseprillides, et peegelduvat valgust blokeerida.

Parempoolsel akna fotol blokeeris filter klaasilt peegelduva polariseeritud valguse.

Tavaliseks polariseerumise suuna tekitajaks on peegeldumine eri murdumisnäitajaga keskkondade piiril.

Polaroidid toimivad ühesuunalist võnkumist läbi lubava filtrina summutades teiste suundadega polariseeritud valguse.



Kaks üksteisega ristisuunas polarisatsiooniga valgust läbi laskvat polaroidpilti võivad blokeerida valguse. Polaroidmaterjalid lasevad läbi ~80% ühesuunalise polarisatsiooniga valgusest blokeerides ~99% sellega ristisuunas olevast valgusest ja kui selle järel asub teine polaroid, mis laseb läbi ristisuunas polariseeritud valgust, siis blokeerib see suurema osa esimesest polaroidist läbi saanud valgusest.
Polaroidi materjaliks on polüvinüülalkohol, mida soojendatakse ja venitatakse kindlas suunas mistõttu nende pikad molekulid lähevad omavahel paralleelseks. Lisatakse jood, mis kinnitub nende polümeerahelate külge. Jood vabastab kergesti elektrone, mis saavad kergesti liikuda polüvinüülkiududega pikisuunas kuid mitte nendega ristisuunas.
Kui valguse elektriväljad kõiguvad paralleelselt polaroidi molekulidega, siis neelduvad need kergesti, sest elektronid saavad nende energia kergesti omastada või hajutada. Molekulidega ristisuunas polariseeritud valgus saab läbi, sest nende energiat ei saa elektronidega kergesti ära hajutada.


Polaroidid ei blokeeri valgust väga tugevalt kui kahe täisnurga all oleva polaroidi vahele lisada kolmas nendega 45 kraadise nurga olev polaroid.

Faraday effekt avastati 1845. aastal kui Faraday leidis, et magnetväli (B) põhjustas lineaarselt polariseeritud valguse pöördumist. See oli esimene katse, mis näitas, et valgus ja elektromagnetism on seotud.



Magnetvälja mõju ei ole võrdse mõjuga paremale või vasakule pöörduva polarisatsiooniga valgustele.

Beeta sümbol tähistab magnetvälja mõjul tekkivat pöörlemiskiirust radiaanides sekundis. Valgusega samasuunaline magnetväli teslades on B, d on magnetvälja poolt mõjutatud ala pikkus läbi mille valgus levib ja V on Verdet'i konstant. V ise on keerulisema väärtusega olles erinevatel lainepikkustel erinev. Näiteks 620 nm valguse korral on see -134 radiaani sekundis tesla ja meetri kohta. 1060 nm puhul on selle väärtus -40. Magnetväli saab tugevamalt pöörlema panna energilisemaid ja lühema lainepikkusega elektromagnetlaineid.
Negatiivse väärtusega Verdet'i konstant magnetväljaga samasuunaliselt liikudes põhjustab vastupäeva pöördumist ja positiivne väärtus magentväljaga vastupidises suunas liikudes pöörlemist kellaosuti suunas. Peegeldudes ja tagasi tulles kahekordistub seetõttu pöörlemise ulatus.


Lihtsam neelduv polariseerija koosneb paralleelsetest väikestest metalljuhtmetest, mis lasevad läbi nendega paralleelset lainetust. Paralleelne lainetus neeldub traatide elektrilise stimuleerimisega või peegelduvad tagasi. Kasutatud traadid ja nendevahelised tühimikud peavad olema "filtreeritava" valguse lainepikkusest väiksemad, mistõttu praktikas kasutatakse juhtmeid lihtsuse tõttu mikrolainete ja infrapunakiirguse filtreerimiseks.
Tavaliselt kasutatakse praktikas polaroidi valguse polariseerimiseks muuhulgas kaamerate filtrites ja päikeseprillides.

Valgust kaheks kiireks jaotavad materjalid põhjustavad omavahel ristisuunas polariseeritud lainetustega kiiri.

Ringjalt polariseerivad filtrid kasutavad ühte lineaarset polariseerijat (näiteks polaroid) ja valguse levimiskiirust võnkumise suunast sõltuvalt aeglustavat (ja osalise aeglustusega pöörlema ajavat) materjali nagu kaltsiit.
Ringjat polariseerimist kasutatakse 3D prillides ja 3D filmides, milles kuvatakse ekraanile samaaegselt kaks vastandsuunas ringjalt polariseeritud valgusega kaadrit, mis prilliklaasist sõltuvalt blokeeritakse või läbi lastakse.