Redigerer Optikk (avsnitt)

==== Polarisering ====
{{Hoved|Polarisering (elektromagnetisme)}}

[[Fil:Animation polariseur.gif|miniatyr|Animasjon som demonstrerer at en polarisator som dreies endrer lyset som slipper gjennom.]]

Polarisasjon er en generell egenskap ved bølger som beskriver svingningenes orienteringen i rommet til. Mange elektromagnetiske bølger er [[transversalbølge]]r der polarisering beskriver orienteringen av svingningene i planet vinkelrett på bølgeretningen. Svingningene kan være orientert i en enkelt retning (''[[lineær polarisasjon]]''), eller svingningens retning kan dreie seg når bølgen forplanter seg (''sirkulær''- eller ''elliptisk polarisasjon''). Sirkulært polariserte bølger kan rotere mot høyre eller mot venstre i fartsretningen, og hvilke av disse to rotasjonene som er til stede i en bølge kalles for ''[[kiralitet]]''.<ref name="light">{{Cite book|title=University Physics 8e|author=H. D. Young|publisher=Addison-Wesley|year=1992|isbn=0-201-52981-5}}Chapter 34</ref>

Den typiske måten å vurdere polarisering på er å holde rede på orienteringen av det elektriske feltets [[Vektor (matematikk)|vektor]] når den elektromagnetiske bølgen forplanter seg, se illustrasjon nedenfor. Den elektriske feltvektoren i en plan bølge kan oppdeles vilkårlig i to vinkelrette vektorkomponenter merket ''x'' og ''y'' (med ''z'' som angir hastighetens retning). Formen som skapes i xy-planet av den elektriske feltetvektoren er en [[Lissajousfigur]] som beskriver ''polarisasjonstilstanden''.<ref name="Hecht" /> Figurene nedenfor viser noen eksempler på utbredelsen av den elektriske feltvektoren (sort), med tiden (vertikale akser, z-akse), ved et spesielt punkt i rommet, sammen med dens ''x-'' og ''y-'' komponenter (rød/venstre og blå/høyre), og projeksjonen til vektoren i planet (lyseblå): Samme utbredelse ville oppstått om en ser kun på det elektriske felt på et bestemt tidspunkt, mens det utbrer seg i rommet med motsatt retning av forplantningsretningen.

I figuren lengst til venstre er x- og y-komponentene av lysbølgen i fase. I dette tilfelle er forholdet mellom deres styrke konstant, slik at retningen av den elektriske vektoren (vektorsummen av de to komponentene) er konstant. Ettersom vektoren beskriver en enkelt linje i planet (nederst), kalles dette spesielt tilfelle ''lineær polarisasjon''. Retningen av linjen er avhengig av de relative amplitudene til de to komponentene.<ref name="light" />

I figuren i midten er det to ortogonale komponenter som har samme amplituder og er 90° ute av fase med hverandre. I dette tilfellet er en komponent null når den andre komponent har maksimal eller minimal amplitude. Det er to mulige faseforhold som tilfredsstiller denne tilstanden; nemlig at ''x''-komponent kan være 90° foran'' y''-komponenten, eller den kan være 90° bak ''y''-komponenten. I dette spesielle tilfellet beskriver den elektriske vektoren en sirkel i planet, derfor kalles denne polarisering ''sirkulær polarisasjon''. Rotasjonsretningen i sirkelen er avhengig av hvilken av de to faseforhold som eksisterer, og benevnes ''høyrehånds sirkulærpolarisering'' og ''venstreshånds sirkulærpolarisasjon''.<ref name="Hecht" />

I det tredje tilfellet hvor de to komponentene enten ikke har samme amplituder og/eller deres faseforskjell hverken er null eller et multiplum av 90°, oppstår en polarisasjonen som kalles ''elliptisk polarisasjon''. Årsaken til navnet er at den elektriske vektoren beskriver en [[ellipse]] i planet (en ''polariserings ellipse''). Dette er vist i figuren over helt til høyre. Detaljerte matematisk beskrivelse  av polarisering er gjort ved hjelp av såkalt Jones-beregninger, som videre beskrives av de såkalte ''Stokes' parametere''.<ref name="Hecht" />
<div style="float:right">
[[File:Polarisation (Elliptical).svg|right|Elliptisk polariseringsdiagram.]]
<div style="text-align:center">''Elliptisk polarisering''</div>
</div>
<div style="float:right">
[[File:Polarisation (Circular).svg|right|Sirkulær polariseringsdiagram.]]
<div style="text-align:center">''Sirkulær polarisering ''</div>
</div>
<div style="float:right">
[[File:Polarisation (Linear).svg|right|Linear polariseringsdiagram.]]
<div style="text-align:center">''Lineær polarisering''</div>
</div>
{{Clear}}

===== Endring av polarisering =====
[[Fil:Calcite.jpg|thumb|Eksempel på dobbelbrytning gjennom en tynn gjennomsiktig plate av minneralet [[kalsitt]].]]

Medier som har ulike brytningsindekser for ulike polarisasjons-moduser kalles ''[[Dobbeltbrytning|dobbeltbrytende]]''.<ref name="light" /> Velkjente sammenhenger der denne effekten skjer er i en [[optisk kompensator]] (lineære modi) og i [[faradayeffekt]]/[[optisk dreining]] (sirkulær modus).<ref name="Hecht" /> Dersom lengden av det dobbeltbrytende mediumet er tilstrekkelig, vil plane bølger gå ut av materialet med en signifikant annerledes forplantningsretning enn inn, dette på grunn av lysbrytning. For eksempel er dette tilfelle med makroskopiske krystaller av [[kalsitt]], som gir observatøren to offset, det vil si ortogonalt polariserte bilder av det som sees gjennom det, se figur til høyre. Det var denne virkningen som førte til den første oppdagelse av polarisering av [[Rasmus Bartholin]] i 1669. I tillegg er faseforskyvningen, og således endringen i polarisasjonstilstanden, vanligvis frekvensavhengig noe som sammen med ''[[dikroisme]]'' ofte gir opphav til lyse farger og regnbuelignende effekter. I [[mineralogi]] er slike egenskaper kjent som ''[[pleokroisme]]'', noe som ofte utnyttes for å identifisere mineraler ved hjelp av ''polariseringsmikroskoper''. I tillegg er det mange plastmaterialer som normalt ikke er dobbeltbrytende, men som blir det når de utsettes for mekaniske påkjenninger, et fenomen som er grunnlaget for ''[[fotoelastisitet]]''.<ref name="light" /> ''Ikke-dobbeltbrytende metoder'' for å rotere lineær polarisering av lysstråler omfatter bruk av prismatiske ''polarisasjonsrotorer'' som anvender [[totalrefleksjon]] i et prismesett som er utformet for effektiv ''kolineære overføringer''.<ref>{{Cite book|author=F. J. Duarte |authorlink = F. J. Duarte |title=Tunable Laser Optics |edition= 2nd |publisher=CRC |year=2015 |location=New York |pages=117–120 |isbn=978-1-4822-4529-5 |url=http://www.tunablelaseroptics.com}}</ref>

[[File:Malus law.svg|right|thumb|Et polariserende element endre retningen til lineært polarisert lys.  På dette bildet er ''q''<sub>1</sub> -''q<sub>0</sub>'' = ''q<sub>i </sub>'']]

Mediumer som reduserer amplituden til visse polarisasjonsmodi kalles ''[[Dikroisme|dikroiske]]''. Enheter som blokkerer nesten alle bølger i en modus kalles ''polarisasjonsfiltre'' eller bare ''[[polarisator]]er''. Malus' lov som er oppkalt etter [[Étienne-Louis Malus]], sier at når en perfekt polarisator er plassert i en lineært polarisert lysstråle vil intensiteten ''I'' av lyset som passerer gjennom være gitt av:

:<math> I = I_0 \cos^2 \theta_i \,</math>

der ''I<sub>0</sub>'' er den opprinnelige intensiteten og ''θ<sub>i</sub>'' er vinkelen mellom lysets opprinnelige polarisasjonsretning og aksen til polarisatoren.<ref name="light" />

En stråle av upolarisert lys kan betraktes som å inneholdende en ensartet blanding av lineære polarisasjoner i alle mulige vinkler. Siden den gjennomsnittlige verdien av <math>\cos^2 \theta</math> er 1/2, blir transmisjonskoeffisienten:

:<math> \frac {I}{I_0} = \frac {1}{2}\quad</math>

I praksis vil noe lys gå tapt i polarisatoren og selve overføringen av upolarisert lys vil bli noe lavere enn dette, rundt 38&nbsp;% for Polaroid-type polarisator, men betydelig høyere (>&nbsp;49,9&nbsp;%) for noen dobbeltbrytende prismetyper.<ref name="Hecht" />

I tillegg til dobbeltbrytning og dikroisme i media med en viss utstrekning, kan polariseringseffekter også forekomme på (reflekterende) grensesnitt mellom to materialer med forskjellig brytningsindeks. Disse effektene blir behandlet av Fresnels ligninger. En del av bølgen blir overført, og en del reflekteres, idet forholdet avhenger av innfallsvinkelen og brytningsvinkelen. På denne måten gjenopptar den fysikalske optikken [[Brewsters vinkel]].<ref name="Hecht" /> Når lyset reflekteres fra en tynnfilm på en overflate, kan interferens mellom refleksjonene fra filmens overflater produsere polarisering i det reflekterte og overførte lyset.

===== Naturlig lys =====
[[Fil:CircularPolarizer.jpg|thumb|Virkningene av et polariserende filter på himmelen i et fotografi. Bildet til venstre er tatt uten polariseringsfilter. For bildet til høyre ble filteret justert for å eliminere visse polarisasjoner i det spredte blå lyset fra himmelen.]]

[[Fil:Wire-grid-polarizer.svg|thumb|Polarisasjonsfiltre tillater elektromagnetisk stråling å passere nesten uhindret om polarisasjonen sammenfaller med filterets polariseringsretning og demper  stråling sterkt om polariseringen er vinkelrett på filterets polarisasjon.]]

De fleste kilder til elektromagnetisk stråling inneholder et stort antall atomer eller molekyler som sender ut lys. Orienteringen av de elektriske feltene produsert av disse emitterne kan ikke være [[Korrelasjon|korrelert]], i slike tilfeller sies lyset å være ''upolarisert''. Hvis det er delvis korrelasjon mellom emitterne er lyset ''delvis polarisert''. Hvis polariseringen er konsistent over hele spekteret til kilden, kan delvis polarisert lys beskrives som en superposisjon av en helt upolarisert komponent og en annen fullstendig polarisert komponent. En kan da beskrive lyset i form av ''graden av polarisering'', og parametrene til polarisasjonens ellipse.<ref name="Hecht" />

Lys som reflekteres av glinsende transparente materialer er delvis eller fullstendig polarisert, bortsett fra når lyset er normalt (vinkelrett) på overflaten. Det var denne effekten som fikk matematikeren [[Étienne-Louis Malus]] (1775-1812) til å gjøre målinger for å kunne utvikle de første matematiske modeller for polarisert lys. Polarisering oppstår når lyset blir spredt i [[Jordens atmosfære|atmosfære]]. Det spredte lyset produserer lysstyrken og fargen på den klare [[Atmosfære|himmelen]]. Delvis polarisering av spredt lys kan bli utnyttet ved å bruke polarisasjonsfiltre for å mørkne himmelen på bilder. Optisk polarisering er prinsipielt viktig i [[kjemi]]en på grunn av ''[[sirkulærdikroisme]]'' og ''[[optisk rotasjon]]'' (''sirkulær dobbeltbrytning'') forårsaket ved optisk aktive [[molekyler]] (Kiralitet).<ref name="Hecht" />