Valguse difraktsioon, interferents ja polarisatsioon

Kuna valgus on elektromagnetlaine, siis on lainelisusega seletatavad nähtused nagu difraktsioon, interferents ja polarisatsioon jälgitavad ka valguse korral.

fuusika90

Valguse difraktsioon – kõrvale kaldumine sirgjoonelisest levimisest ning kandumine tõkke taha – on kõige paremini jälgitav, kui tõkke mõõtmed jäävad samasse suurusjärku valguse lainepikkusega ehk 10-6 … 10-8 m.

Osutub, et sobivateks tõketeks on meie ripsmed. Kui vaadata valget valgusallikat läbi ripsmetega poolsuletud silmade, näeme valgusallikat ümbritsevas spektrivärve. Valguse „lõhustumine“ spektriks ongi siin seletatav valguse difraktsiooniga paljudel ripsmekarvadel.

fuusika91

Analoogiliselt töötab ka seadeldis – difraktsioonvõre – mis saadakse kui läbipaistvale kelmele joonestatakse tihedalt üksteise kõrvale lugematul hulgal läbipaistmatuid jooni. Oluline on, et joone ega ka joonte vahe laius ei ületaks oluliselt 1μm.

Valguse difraktsiooniga on selgitatav ka kummaline asjaolu, et valgusega samades mõõtmetega ketta varjupiirkonna keskele tekivad erineva intensiivsusega valgustatud piirkonnad, peenikesest ringi­ku­ju­lisest avast läbi läinud valgusvihu keskel leiame aga rõngakujulised varjupiirkonnad.

fuusika92

Kui ühes ja samas ruumipunktis on korraga mitu koherentset (sama sageduse ja muutumatu käigu­va­hega) valguslainet, siis toimub selles ruumipunktis nende lainete liitumine resultantlaineks – interferents.

Tavaliste valgusallikate valgus ei ole koherentne, mistõttu nende korral on valguse interferents raskesti jälgitav.

Siiski saame interferentsi abil kirjeldada värvilise õlilaigu tekkimist märjal asfaldil.

fuusika93

Värviline õlilaik märjal asfaldil on seletatav kahe valguslaine – allikast lähtuva ning veekihilt pee­gel­duva – liitumisena.

Erilise valgusallika – LASER’i poolt kiiratav valgus on koherentne ning tema abil on nii interferentsi (kui ka difraktsiooni) nähtused hästi jälgitavad.

fuusika94

Valguse interferentsiga saame kirjeldada nn Newtoni rõngaste tekkimist klaasplaadist ning sellel asuvast tasakumerast läätsest koosnevas süsteemis.

fuusika95

fuusika96

Kui Newtoni rõngad tekivad optilistes süsteemides, on see soovimatu nähtus ning halvendab otiliste süsteemide kvaliteeti. Nähtuse vältimiseks kaetakse optilised seadmed (objektiivid) erilise kilega – selgendava kattega, kus valgus peegeldudes kile mõlemalt pinnalt ning (2) ja (3) peegeldunud laine on teineteisega vastandfaasides kustutab teineteist ning soovimatut peegeldust ei esine.

Loomulik valgus on segu erinevate lainepikkustega ja erinevas sihis võnkuvatest väljadest. Valgust, milles elektrivälja võnkesiht muutub kaootiliselt nimetatakse polariseerimata  valguseks. Valgus­lainet, milles elektrivälja võnkesiht jääb alati samaks, kutsutakse lineaarselt polariseeritud valguseks

Nähtust, kus valguslainest “lõigatakse” välja kõik elektrivälja tugevuse vektori võnketasandid peale ühe, nimetatakse valguse lineaarseks polarisatsiooniks. Valgus polariseerub erinevates nähtuses – näiteks valguse peegeldumisel või osalisel neeldumisel polarisatsioonifiltrites.

fuusika97

Polarisatsioonifiltrid ehk liht­salt pola­ri­saatorid on seadmed, mis muudavad tavalise valguse polariseeritud valguseks. Lihtsaim polarisaator koosneb tihedast ühesuunalisest traatvõrgust. Seda läbiv valgus polariseerub nii, et elektrivälja vektor on risti traatide suunaga. Mitmetel materjalidel – kaltsiit, islandi pagu jt.

Juuresolev foto on pildistatuid läbi polariseeriva filtri – parempoolsel akna fotol blokeeris filter klaasilt peegelduva polariseeritud valguse.

3D filmide projekteerimine ja vaatlemine põhineb samuti valguse polarisatsioonil. Kummagi silma jaoks projitseeritakse ekraanile oma pilt, kusjuures vastavaid pilte edastavad valgusvihud on tei­ne­teise suhtes polariseeritud ristuvates sihtides.

fuusika98

3D pildi vaatamiseks on tarvis polaroidprille – mõlema silma jaoks just selle silmale edastatava pildi polarisatsioonile vastava sihiga – nii pääseb silma ainult selle silma jaoks mõeldud pilt, teise silma pilt aga “lõigatakse” ära.