استقطاب الضوء

استقطاب الضوء
________________________________________
لضوء المستقطب موجات ضوئية ذات ترتيب بسيط منتظم. أما موجات الضوء العادي، فلها ترتيب معقد غير منتظم. وسواء كان مصدر الضوء العادي هو الشمس أو مصباحًا ضوئيًا، فإنه يتكون من موجات غير منتظمة،تتذبذب في كل الاتجاهات المتعامدة مع شعاع الضوء. لكن الضوء المستقطب يتكون من موجات منتظمة تتذبذب في اتجاه واحد فقط. ونتيجة لتركيبه المنتظم، فإن الضوء المستقطب يمكن استخدامه في نواح لايمكن استخدام الضوء العادي فيها. وعلى سبيل المثال، يمكن اكتشاف التركيب الفيزيائي الداخلي لكثير من المواد الشفافة باستخدام الضوء المستقطب. أما مستقطبات الضوء، فهي أجهزة قوية تستخدم في العلم، وفي الصناعة، وفي حياتنا اليومية.

يتكون الضوء غير المستقطب من موجات تتذبذب في كل اتجاه متعامد مع مسارها. والمرشح المستقطب للضوء يسمح فقط بمرور الموجات التي تتذبذب في اتجاه واحد متعامد مع الحبيبة البصرية، (الصورة العليا). وعند وضع الحبيبة البصرية لمرشح آخر بزاوية 90° مع حبيبة المرشح الأول، فإن المرشح الثاني يقوم بامتصاص الضوء المستقطب من المرشح الأول كله (الصورة السفلى).
طريقة استقطاب الضوء. لفهم عملية الاستقطاب، يلزمنا أن ننظر إلى شعاع الضوء على أنه سلسلة من الموجات الكهرومغنطيسية. وتتذبذب القوى المغنطيسية المكونة لهذه الموجات، في اتجاه متعامد مع مسار الشعاع. والمثال البسيط لهذه الموجات، يمكن صنعه عن طريق ربط أحد الحبال بحائط، ثم هزّ الطرف الآخر للحبل. سوف تتحرك سلسلة من الموجات بطول الحبل، وسوف يتحرك كل جزء من الحبل في كل الاتجاهات المتعامدة مع طوله. وتسمى الموجات التي تتذبذب بهذه الطريقة الموجات المُسْتَعْرِضَة.

يتذبذب الضوء المستقطب في اتجاه واحد عمودي على مساره، ومن الممكن استقطاب الضوء العادي بتمريره من خلال مرشَّح خاص باستقطاب الضوء. ويسمح هذا المرشح فقط للموجات التي تتذبذب في اتجاه عمودي واحد بالمرور، لأن تركيب المرشح المستقطب يحول دون مرور موجات الضوء الأخرى التي تتذبذب في اتجاهات عمودية أخرى. وبعبارات علمية فإن المرشح المستقطب للضوء يسمح بالمرور من خلاله لـ (مكونات)، أو ( أجزاء) الموجات الضوئية التي تتذبذب في (اتجاه ذبذبة) واحد فقط. أما مكونات الموجات التي تتذبذب في كل الاتجاهات الأخرى، فإنه يحجبها. ويسمى الضوء الذى يمر من خلال المرشح المستقطب للضوء، الضوء المستقطب.

وجميع الذبذبات التي تمر من خلال مرشح استقطاب الضوء تتذبذب في اتجاه واحد مُوازٍ للحبيبة البصرية في المرشِّح. والحبيبة البصرية هي محور البث في المرشح. ويمكن للضوء المستقطب، أن يمر كله من خلال مرشح استقطاب ثانٍ، بحيث يكون محوره البصري موازيًا للمحور البصري في المرشح الأول. ولكن إذا تحرك، مرشح الاستقطاب الثاني حركة دائرية كالعجلة، فإنه سوف يؤدي تدريجيًا إلى تعتيم الضوء الذى يمر من خلاله. وسوف يؤدي المستقطب الثاني إلى قطع الضوء كلية، عندما يتقاطع محوره بزاوية .9ْ مع محور المستقطب الأول. ويحدث الإعتام، ثم القطع، لأن كل مستقطب من المستقطبات سوف يعمل على امتصاص جميع مكونات الضوء التي لاتتذبذب متوازية مع محوره. ونتيجة لهذا، فإن البريق الصادر عن شعاع الضوء يخبو تدريجيًا عندما يتقاطع محور المستقطب الثاني تقاطعًا عرضيًا مع محور البث في المستقطب الأول. وعلى هذه الظاهرة بنيت كثير من استخدامات الضوء المستقطب. فالقدر الأكبر من الضوء المحيط بنا هو ضوء مستقطب بالفعل. أما الانعكاسات الشبيهة بانعكاسات المرايا الصادرة عن السطوح الأفقية اللامعة، كسطوح الأرصفة، وسطح الماء، فهي تتكون إلى حد كبير من ضوء جرى استقطابه أفقيا خلال عملية الانعكاس. ونظارات الشمس المستقطبة نتيجة وضع محور بثها وضعًا رأسيًا، تغلق الضوء المستقطب أفقيًا، الذي يحدث الانعكاسات اللامعة. ويستخدم المصورون الضوئيون مرشحات استقطاب لاخماد الوهج وكذلك الانعكاسات الصادرة عن السطوح اللامعة، كسطوح النوافذ وسطوح الماء.

بدون مرشح استقطاب تبدو الصورة مزدوجة، لأن آلة التصوير تلتقط الانعكاسات.
مواد الاستقطاب. تتكون أوسع مستقطبات الضوء انتشارًا من ألواح رقيقة من البلاستيك. ويحتوي لوح البلاستيك النموذجي على ملايين من سلاسل طويلة، رقيقة من جزيئات اليود المصفوفة بإحكام، وتعمل كل من هذه السلاسل مرشحَ استقطابٍ مفرداً. وقد ساعدت ألواح الاستقطاب، على توسيع مجال استعمال الضوء المستقطب بدرجة كبيرة، بسبب انخفاض تكلفتها وحجمها المريح. وقد نجح أدوين. هـ .لاند، مخترع كاميرا لاند بولارويد، في اختراع أول لوح استقطاب في عام 1928م، حين كان في التاسعة عشرة من عمره.

ويمكن لبعض البلورات الطبيعية مثل التورمالين، أن تستقطب الضوء. فالتورمالين، يسمح بمرور المكونات التي تقع في اتجاه ذبذبة واحد، ويحجب المكونات الأخرى، بامتصاصها داخلياً من بلورات الاستقطاب الطبيعية الأخرى. وهناك الكلسيت، أو السبار الأيسلندي ويقسم الضوء شعاعين مستقطبين متعامدين على بعضهما. ويقطع منشور بيكول من السبار الأيسلندي بحيث يمكن التخلص من أحد هذين الشعاعين.

في حالة استخدام مرشح استقطاب تبدو الصورة واضحة لأن المرشح الموضوع فوق عدسة آلة التصوير يمتص الانعكاسات.
استعمالات الضوء المستقطب. اقترح العلماء استخدام الزجاج المستقطب في صناعة الكشافات الأمامية للسيارات، وكذلك في صناعة الزجاج الأمامي ليحجب وهج أضواء السيارات المقتربة أثناء القيادة.

ويمكن للعلماء أن يدرسوا تركيب كثير من المواد الشفافة بمعونة مرشحات الاستقطاب المتقاطعة عرضيا. وتستخدم المجاهر المزودة بالمستقطبات في إظهار كثير من البلورات عديمة اللون، وكذلك كشف العينات البيولوجية في ضوء ساطع. ومكشاف الاستقطاب آلة مزودة، بمستقطبات، تستعمل في الكشف عن مواطن الإجهاد (نقاط الضعف) في المصنوعات الزجاجية مثل، عدسات النظارات والأدوات المعملية. ويمكن للكيميائيين، أن يحددوا نوع السكر، ومقداره في محلول من المحاليل باستعمال مقياس السُّكَّر، وهو مكشاف استقطاب من نوع خاص. وهناك نوع خاص من مرشِّحات الاستقطاب الدائري، تستخدم في أجهزة الرادار، لاصطياد الانعكاسات غير المرغوب فيها