Skautun ljóss

Eins og margir hafa ef til vill heyrt, er ljósið rafsegulbyglja. Það þýðir að ljósið ferðast um rúmið með sveiflum í rafsegulsviði, líkt og gárur á vatni eru yfirborðsbylgjur á vatni og hljóð í lofti er þrýstingsbylgja.

Öfugt við yfirborðs- og þrýstingsbylgjur eru ljósbylgjur aftur á móti með því móti að þær geta sveiflast í tvær stefnur, þvert á stefnu ljóssins.

Þegar ljósið sveiflast allt eins er það sagt vera skautað en ljós er blandað mörgum skautunarstefnum er það sagt óskautað. Skautun er annað hvort línuleg eða hringskautun.

Ljós er svo hægt að skauta með skautunarsíu. Þá sleppur í gegn einungis sá þáttur ljóssins sem er samsíða skautunarstefnunni. Ef við skautum ljós í lárétta stefnu og setjum svo aðra skautunarstefnu fyrir sem skautar í lóðrétta stefnu sleppur þá ekkert ljós í gegn.

Stefnuháðir eiginleikar efnis

En hvers vegna skiptir þetta máli? Lítum snöggvast á ákveðin efni sem hafa það sem kalla má stefnuháða eiginleika. Einfalt dæmi um þetta eru hveitilengjur (eða, spaghettí). Ef gripið er um sitt hvorn enda knippis hveitilengja og togað, er erfitt að rífa knippið í sundur. Sé aftur á móti gripið í sitt, hvora hlið knippisins, fellur það augljóslega í sundur

Knippið hefur því allt aðra eiginleika í stefnu lengjanna og þvert á þær. Þetta er dæmi um stefnuháðan styrk. Eins eru til efni sem hafa afar ólíka rafleiðnieiginleika í mismunandi áttir (t.d. grafít) sem og efni með ólíka ljósfræðilega eigleika.

Tvíbrjótandi efni

Dæmi um efni með stefnuháða ljósfræðilega eiginleika er silfuberg. Silfurberg er gegnsær kristall úr kalsíti en áður fyrr voru heimsins bestu silfurbergsnámur hér á Íslandi. Svo þekkt var landið fyrir þessa merkilegu steind að á mörgun málum er hún nefnd eftir Íslandi — Iceland spar á ensku, espato de Islandia á spænsku.

Ástæða þess að silfurbergið var svo eftirsótt kemur einmitt úr stefnuháðu eiginleikum þess. Ljós sem skín í gegnum kristalinn brotnar (líkt og ljós brotnar í vatni og gleri) og breytir þá örlítið um stefnu. Ljósbrotið er aftur á móti mis-mikið eftir því hvort skautun ljóssins er hornrétt á eða samsíða ljósfræðilegum ás kristalsins.

Þetta veldur því að myndir sýnast tvöfaldar í gegnum kristalinn. Silfurberg er því gagnlegt til að fá út geisla með ákveðna skautunarstefnu og var mikið notað í ljósfræðitæki áður en námurnar tæmdust og önnur efni fundust í staðin.

Undraheimur í hversdagsleikanum

En tvíbrjótandi efni má finna víðar, sér í lagi nú þegar plastefni eru allt í kringum okkur. Límband er gott dæmi um það, en það er gert úr plasti sem fyrir verkun er klumpur úr löngum kolefnissameindum sem liggja í allar áttir eins og hrúga af hveitilengjum.

Nú er efnið valsað (þ.e. rúllað út með eins konar kökukefli, alltaf í sömu stefnu) svo úr verður mjó ræma, en við það leggjast löngu sameindirnar eftir límbandinu og mynda þannig eins konar knippi.

Límband fær því ólíka ljósfræðilega eiginleika eftir því hvort ljós fellur á það með skautunarstefnu hornrétt eða samsíða stefnu plastsameindanna.

Ef við leggjum límband á skautunarsíu sem lætur helming ljóssins vera þvert á og hinn samsíða rímbandsrenningnum, fer annar þátturinn hraðar en hinn. Með því að setja á aðra skautunarsíu ofan á, klippum við út þá liti sem hafa snúist sem nemur horninu á milli skautunarsíanna.

Hagnýting

Því miður erum við mannskepnurnar svo illa sköpuð að yfirleitt fer þessi litafegurð algerlega framhjá okkur. Býflugur og maurar skynja mismunandi skauturnarstefnu ljóss og nota hana við rötun en við þurfum að nota hugvitið til að smíða okkur sérstakar síur svo við verðum vör við hana.

En þessa þekkingu sem við höfum aflað okkur um eðli ljóssins getum við ekki bara notið heldur má hagnýta hana, t.a.m. við álagsgreiningu en ýmis efni (sér í lagi plastefni) snúa skautunarstefnum eftir því hvernig álag er á því. Þetta má nýta til álagsprófunar í þróunarferlum og eftirliti.

Eins er tvíbrot hagnýtt í LCD skjáum, myndavélalinsum, litasíum og ýmsum ljósfræðilegum tækjum við rannsóknir og mælingar frá eðlisfræði til læknisfræði.

Ítarefni

Sjá sér í lagi greinina á íslensku Wikipedíu:

Og svo greinar um efnið á ensku Wikipedia:

Áhugavert um skautun: