Vous pourriez porter une paire de lunettes de soleil polarisées, mais qu'est-ce que cela signifie? En quoi sont-ils différents des autres types de lunettes de soleil et pourquoi sont-ils utiles? La polarisation, en termes de lumière, fait référence au processus d'orientation ou de filtrage des ondes lumineuses dans une seule direction, ce qui affecte ce que vous pouvez voir.
La lumière en tant qu'ondes électromagnétiques

Une onde électromagnétique est une onde transversale constituée d'une onde de champ électrique oscillant dans un plan perpendiculaire (à angle droit) à une onde de champ magnétique, toutes deux perpendiculaires à la direction du mouvement.

Puisque le rayonnement électromagnétique agit comme une onde, alors tout électromagnétique particulier une onde ou une onde lumineuse aura une fréquence et une longueur d'onde associées. Le produit de la longueur d'onde et de la fréquence est la vitesse des ondes.

Cependant, les ondes électromagnétiques n'ont pas besoin d'un milieu pour se propager et peuvent donc traverser le vide de l'espace vide (ce qu'elles font à la vitesse de la lumière). - la vitesse la plus rapide de l'univers.

Les ondes électromagnétiques se présentent sous de nombreuses formes, notamment les ondes radio, les micro-ondes, le rayonnement infrarouge, la lumière visible, le rayonnement ultraviolet, les rayons X et les rayons gamma.

De plus, comme une onde électromagnétique est transversale avec une amplitude perpendiculaire à la direction du mouvement, elle peut être polarisée - il existe de nombreux plans possibles perpendiculaires à la direction du mouvement, mais une onde polarisée n'aura une amplitude transversale que dans un seul d'entre eux. Les ondes longitudinales telles que les ondes sonores ne se déplacent que dans la direction du mouvement et ne peuvent donc pas être polarisées.
Polarisation de la lumière

Les ondes lumineuses non polarisées ont de multiples orientations superposées. Les ondes lumineuses ont des champs électriques et magnétiques, toujours perpendiculaires entre eux - par convention, la polarisation est définie par la direction du champ électrique. En regardant de face, nous pourrions voir les vecteurs de champ électrique pointer dans toutes les directions.

Lorsque la lumière passe à travers un polariseur ou un filtre polarisant, le filtre ne laisse passer que la partie de la lumière avec des lignes de champ électrique orientées parallèlement à la filtre à traverser. En conséquence, la lumière devient polarisée - toutes orientées dans la même direction. Il s'agit d'une polarisation linéaire.

La lumière provenant des ampoules ou du soleil n'est pas polarisée. Les sources de lumière polarisée les plus courantes sont les lasers. Si deux filtres polarisants sont maintenus perpendiculairement l'un à l'autre devant une source de lumière incidente, toute la lumière sera bloquée. Si l'angle est plus petit (45 degrés par exemple), seule une partie de la lumière est bloquée.

Les polariseurs de lumière sont de trois types: réfléchissants, dichroïques et biréfringents. Les polariseurs réfléchissants ne laissent passer qu'une certaine polarisation de la lumière, tout en réfléchissant le reste; les polariseurs dichroïques font le contraire, ne bloquant qu'une certaine polarisation de la lumière tout en laissant passer tous les autres. En biréfringence, différentes polarisations de lumière se réfractent à différents angles, permettant de sélectionner différentes polarisations de lumière en fonction de la polarisation souhaitée.

La polarisation de la lumière est la façon dont les films sont projetés en 3D. Les lunettes 3D données aux cinéphiles ont en fait des filtres polarisants opposés dans chaque objectif; un filtre horizontal à gauche et un filtre vertical à droite, par exemple. Le film est ensuite projeté sur le même écran à partir de deux projecteurs différents, l'un projetant la lumière polarisée verticalement et l'autre projetant la lumière polarisée horizontalement. L'œil gauche voit alors une image légèrement différente de l'œil droit, et le cerveau combine les images pour créer une perception de la profondeur.
Angle de Brewster et polarisation par réflexion

Lorsqu'un faisceau lumineux est incident sur un surface d'un matériau, une partie de la lumière est réfléchie et une partie est réfractée (elle parcourt le matériau). L'angle de lumière incidente requis pour que la lumière réfléchie et la lumière réfractée soient exactement à angle droit est appelé l'angle de Brewster.

Lorsque l'angle d'incidence est égal à l'angle de Brewster (selon la composition des médiums sur de chaque côté de la surface), et la lumière incidente n'est pas polarisée, elle provoquera une polarisation linéaire de la lumière réfléchie. Si la lumière incidente a une polarisation spécifique, particulière au matériau, elle ne sera réfractée que sans lumière réfléchie.

Pourquoi cela se produit-il? Lorsque la lumière incidente est temporairement absorbée par les atomes à la surface du matériau, les électrons dans les atomes du matériau oscillent. Parce que les ondes lumineuses sont transversales, la polarisation doit être perpendiculaire à la direction du mouvement de l'onde. Donc, si la polarisation de l'onde incidente est dans la direction où l'onde réfléchie doit être, l'onde réfléchie ne peut pas exister.

Si la lumière incidente n'est pas polarisée, la lumière réfléchie sera polarisée horizontalement, parallèlement à la surface réfléchissante. C'est ce qu'on appelle la lumière polarisée s. La lumière polarisée dans le plan d'incidence, ou le plan formé à partir de la direction du mouvement de la lumière incidente et d'un vecteur perpendiculaire à la surface, est appelée polarisation p.

Les lunettes de soleil polarisées utilisent le concept de l'angle de Brewster pour réduire la réflexion du soleil sur les surfaces horizontales. Lorsque le soleil est bas dans le ciel, il y a beaucoup de lumière polarisée s dans les reflets réfléchis des surfaces comme l'eau et les routes. Les lunettes de soleil polarisées bloquent la lumière ayant cette polarisation, réduisant l'éblouissement.
Polarisation par diffusion

La diffusion de la lumière incidente hors des molécules d'air fait que la lumière est polarisée linéairement perpendiculairement au plan d'incidence. Les molécules d'air portent leur propre petite oscillation dans une direction, connue sous le nom de moment dipolaire, et elles rayonnent de l'énergie perpendiculairement à la ligne de cette oscillation. Donc, si le moment dipolaire d'une molécule oscille d'avant en arrière sur l'axe y
, la lumière incidente non polarisée s'en diffusera dans la direction x
, polarisée dans la y
-direction (parallèle au dipôle).

Si la longueur d'onde de la lumière incidente est comparable à la taille des molécules, cela s'appelle la diffusion de Rayleigh. La diffusion de Rayleigh est responsable de la couleur du ciel, que ce soit le bleu profond d'une belle journée ou le rouge profond d'un coucher de soleil; les couleurs changent en fonction de l'angle d'incidence de la lumière du soleil sur l'atmosphère.
Polarisation par réfraction

La polarisation peut également se produire par la réfraction ou la flexion de la lumière lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre. Le plus souvent, la polarisation se produit perpendiculairement à la surface.

Lorsque l'indice de réfraction d'un matériau dépend de la direction incidente et de la polarisation de la lumière, il est appelé biréfringent. Dans les matériaux biréfringents, un rayon de lumière incident est divisé par polarisation en deux rayons à l'intérieur du matériau, qui empruntent des chemins légèrement différents.

Certains scientifiques soupçonnent qu'un type de cristal biréfringent appelé "calcite" peut avoir été utilisé par les Vikings comme aide à la navigation, car ses propriétés de polarisation réfractive pourraient être utilisées pour localiser le soleil un jour nuageux, ou même en dessous de l'horizon.
Polarisation circulaire

La polarisation circulaire est un état de polarisation dans lequel le la direction du champ électrique tourne de façon circulaire avec le temps à une vitesse constante dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation. Cela peut être imaginé comme le vecteur de champ électrique dessinant une hélice autour de l'axe de propagation à mesure que l'onde se propage. (La polarisation elliptique, dans laquelle l'hélice est légèrement écrasée dans une dimension, est également possible.)

Si, tout en regardant dans la direction de la source de lumière, le vecteur de champ électrique semble tourner dans le sens antihoraire, la lumière est appelé polarisé circulairement à droite. Si le vecteur semble tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, la lumière est appelée polarisée circulairement à gauche.

La polarisation circulaire est créée par deux ondes lumineuses polarisées linéairement, polarisées perpendiculairement l'une à l'autre, et chacune se propageant à 90 degrés hors phase. La polarisation elliptique se produit lorsque l'une de ces ondes lumineuses a une amplitude plus petite que l'autre, créant une ellipse plutôt qu'un cercle.