สมาชิก
แลกเปลี่ยน

โพลาไรเซชั่นกับทิศการสั่นของคลื่นแสง

โพลาไรเซชั่นกับทิศการสั่นของคลื่นแสง

โพลาไรเซชั่น (Polarization) เกี่ยวข้องไม่เฉพาะกับคลื่นแสงเท่านั้น แต่กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกอย่าง (คลื่นวิทยุ คลื่นโทรศัพท์มือถือ คลื่นจากเตาอบไมโครเวฟ) คนที่เคยได้ยินหรือได้อ่านเจอคำๆ นี้อาจมีข้อสงสัยขึ้นมาว่ามันคืออะไร หรือคนที่เคยได้ยินผ่านหูได้เห็นผ่านตามาบ้างอาจไม่เข้าใจเท่าที่ควร

เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น ลองมาพิจารณาที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากันก่อน ที่เราเรียกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็เพราะว่าคลื่นนี้มีการเปลี่ยนแปลง (คิดง่ายๆ คือ มีการสั่นขึ้นและลง) ของคลื่นสนามไฟฟ้าพร้อมๆ กับการเปลี่ยนแปลงของคลื่นสนามแม่เหล็กไปด้วย เพียงแต่ว่าคลื่นสนามทั้งสองจะมีทิศการสั่นในทิศทางที่ตั้งฉากซึ่งกันและกัน และการสั่นของคลื่นสนามทั้งสองก็สั่นในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการเดินทางของคลื่นด้วย

ยกตัวอย่างเช่น ถ้าคลื่นสนามไฟฟ้าสั่นในทิศทางขึ้นและลงตาม (คลื่นสีแดงในรูปข้างล่าง) คลื่นสนามแม่เหล็กจะสั่นในทิศทางเข้าและออกจากหน้าจอ (คลื่นสีน้ำเงินในรูปข้างล่าง) ส่วนทิศทางการเดินทางของคลื่นก็จะเดินทางจากซ้ายไปขวา ดังรูป

 

 [www.westfieldscience.net]

โพลาไรเซชั่นคืออะไร

เนื่องจากมีการสั่นของคลื่นสนามทั้งสองอยู่ตลอดเวลา จึงจำเป็นที่จะต้องบอกทิศทางการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าว่าสั่นในทิศทางไหน จึงได้มีการกำหนดคำว่า "โพลาไรเซชั่น" ขึ้นมา

ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่อยู่ในระนาบของจอคอมพิวเตอร์ แต่คลื่นสนามไฟฟ้าของมันพุ่งเข้าและออกจากหน้าจออยู่ตลอดเวลา ก็จะโพลาไรเซชั่นลักษณะนี้ว่า TE (Transversed Electric) หรือบางครั้งก็เขียนเป็นตัวย่อว่า "s-polarization" ในทางกลับกันถ้าคลื่นสนามแม่เหล็กพุ่งเข้าและออกจากหน้าจออยู่ตลอดเวลาก็จะเรียกว่า TM (Transversed Magnetic) หรือเขียนย่อๆ ได้เป็น "p-Polarized"

โพลาไรเซชั่นมีกี่แบบ

ถ้าเราพิจารณารูปข้างต้นที่คลื่นสนามไฟฟ้าที่เป็นสีแดงมีทิศทางการสั่นขึ้นและลงเท่านั้น เราจะเรียกลักษณะของโพลาไรเซชั่นแบบนี้ว่า "โพลาไรเซชั่นเชิงเส้น (Linear Polarization)" ในแนวตั้ง ในทำนองเดียวกันถ้าคลื่นสนามไฟฟ้าสั่นในอยู่ในแนวนอนก็จะเรียก "โพลาไรเซชั่นเชิงเส้นในแนวนอน" และถ้าสั่นอยู่ในระนาบที่เอียงอยู่ เช่น 45 องศา ก็จะเรียกว่า "โพลาไรเซชั่นเชิงเส้นในแนว 45 องศา"

ในกรณีที่โพลาไรเซชั่นไม่ได้อยู่ในแนวแกนตั้งหรือแกนนอนใดๆ เราสามารถใช้คณิตศาสตร์แตกให้อยู่ในแนวแกนทั้งสองได้ ซึ่งทำให้ในแนวแกนทั้งสองมีการสั่นของคลื่นสนามไฟฟ้า ทีนี้เมื่อคลื่นสนามไฟฟ้าทั้งสองมีจุดเริ่มต้นที่ไม่พร้อมกัน คือ มีช่วงเวลาห่างกันอยู่ค่าๆ หนึ่งเสมอ จะทำให้โพลาไรเซชั่นที่ได้ไม่เป็นเชิงเส้นอีกต่อไป แต่จะเป็น "โพลาไรเซชั่นแบบวงกลม (Circular Polarization)" แทน นั่นหมายความว่า ระหว่างที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นแสงเคลื่อนที่เข้าหาเรา เราจะเห็นทิศทางการสั่นของคลื่นสนามไฟฟ้าหมุนเป็นวงกลม การหมุนเป็นวงกลมก็ยังสามารถหมุนทวนเข็มหรือตามเข็มนาฬิกาได้อีกเช่นกันขึ้นอยู่กับว่าคลื่นสนามไฟฟ้าในแนวใดนำอยู่ข้างหน้า

  

[hyperphysics.phy-astr.gsu.edu]

 

ถ้าขนาดของคลื่นสนามไฟฟ้าในแนวแกนทั้งสองมีค่าไม่เท่ากันอีกเราก็จะได้ "โพลาไรเซชั่นแบบวงรี (Elliptical Polarization)" แทน

มาถึงจุดนี้ก็สามารถสรุปได้ว่า "โพลาไรเซชั่น" เป็นตัวแปรตัวหนึ่งที่ใช้บอกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีการสั่นในทิศทางไหนและมีขนาดเท่าไหร่ หรือ ในมุมของคณิตศาสตร์ "โพลาไรเซชั่น" เป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีขนาดและทิศทาง

สนามเชิงแสง (Optical Field) คืออะไร

"สนามเชิงแสง" จะบ่งบอกถึงทิศทางการสั่นของคลื่นสนามไฟฟ้า ทั้งนี้มีสาเหตุมาจากที่ว่า คลื่นสนามไฟฟ้าของแสงจะส่งผลต่อคุณสมบัติของวัตถุทั่วไปได้มากกว่าคลื่นสนามแม่เหล็กของแสง (ไม่นับรวมวัตถุที่มีคุณสมบัติของความเป็นแม่เหล็กที่ดี) ดังนั้นการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติของวัตถุเมื่อมีแสงตกกระทบสามารถตรวจสอบได้ง่ายถ้าเราดูที่ผลการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากคลื่นสนามไฟฟ้าแทนคลื่นสนามแม่เหล็ก

รู้แล้วเอาไปทำอะไร

ลักษณะของโพลาไรเซชั่นนี้ก็ได้นำมาประยุกต์ใช้กับชีวิตประจำวันของเรามากมาย ยกตัวอย่างเช่น การที่เสารับสัญญาณโทรทัศน์และวิทยุมีความยาวไม่เท่ากัน มีปีกติดอยู่ด้านข้าง หรือ บางรุ่นมีจานหรืออ่างโลหะกลมติดอยู่ด้วย ก็เพื่อที่จะตรงกับทิศทางการสั่น (โพลาไรเซชั่น) ของคลื่นสนามไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งมาจากต้นทางได้ชัดเจนที่สุด

สำหรับเรื่องแสงนั้นก็ได้นำความรู้เรื่องของโพลาไรเซชั่นมาใช้ประโยชน์มากมาย ตัวอย่างก็มีอย่าง

  • ตัวเลขดิจิทัลของนาฬิกาข้อมือที่ภายในมีผลึกเหลวบรรจุอยู่ในช่องว่างของแผ่นแก้วสองแผ่นที่เคลือบด้วยฟิล์มโพลาไรเซอร์ ภายในแผ่นแก้วก็มีขั้วไฟฟ้าโปร่งใสที่เราสามารถใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไป ทำให้ผลึกเหลวมีการจัดเรียงตัวใหม่บังคับให้ทิศทางการสั่นของคลื่นสนามไฟฟ้าของแสงเปลี่ยนทิศทาง

 

 

[www.olympusmicro.com.jpg]

 

  • จอแบนชนิดผลึกเหลว (Liquid Crystal Display) หรือเรียกย่อๆ ว่า LCD ซึ่งมีการทำงานคล้ายๆ กับตัวเลขดิจิทัลบนนาฬิกาข้อมูล แต่จะมีความซับซ้อนมากขึ้น เพราะต้องควบคุมสี และ ความเข้ม ของแต่ละจุดบนจอภาพไปพร้อมๆ กันด้วย

 

 

[www.cknow.com]

 

  • แว่นตากันแดดที่สามารถกรองคลื่นสนามไฟฟ้าของแสงที่มีทิศทางที่ไม่ต้องการออกไปจึงช่วยลดความเข้มของแสงลงได้

 

 

[www.olympusmicro.com]

 

  • การตรวจสอบความหนา ชนิดของวัสดุ และ ความเสียหายที่เกิดบนชิ้นงาน อย่างพลาสติก และ แก้ว

 

 

[kilby.sac.on.ca]

 

บันทึกนี้เขียนที่ GotoKnow โดย 

· คำสำคัญ: คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า lcd ส่องแสงสู่สังคม โฟโทนิกส์ โพลาไรเซชั่น 
· หมายเลขบันทึก: 213432 · เขียน:  
· ความเห็น:
1
 · อ่าน: แสดง 
· สัญญาอนุญาต: สงวนสิทธิ์ทุกประการ
 แจ้งลบ
 
 แจ้งลบ
บันทึกที่เกี่ยวข้อง
    บันทึกก่อนนี้
    บันทึกใหม่กว่า
    อัญ
    IP: xxx.55.6.248
    เขียนเมื่อ Tue Mar 26 2013 00:35:18 GMT+0700 (ICT)

    เป็นประโยชน์มากค่ะ เข้าใจง่าย ขอบคุณนะคะ

    อนุญาตให้แสดงความเห็นได้เฉพาะสมาชิก
    ไม่อนุญาตให้แสดงความเห็น
    {{ kv.current_user.preferred_name }} - เพิ่มความเห็นเพิ่มความเห็น
     ใส่รูปหรือไฟล์