¿Qué es la luz polarizada?
La luz polarizada es la radiación electromagnética que vibra en un solo plano perpendicular a la dirección de propagación. La vibración en un plano significa que el vector campo eléctrico de la onda luminosa oscila de forma paralela a un espacio de dos componentes rectangulares, como es el caso del plano de polarización xy.
La luz natural o artificial es un tren de ondas de radiación electromagnética cuyos campos eléctricos oscilan al azar en todos los planos perpendiculares a la dirección de propagación. Cuando solo una porción de la radiación se restringe a oscilar en un solo plano se dice que la luz está polarizada.
Una forma de obtener luz polarizada es haciendo incidir un rayo de luz en un filtro polarizador, que consiste en una estructura de polímero orientada en una sola dirección permitiendo pasar solo las ondas que oscilan en un mismo plano mientras que el resto de las ondas son absorbidas.
El rayo de luz que atraviesa el filtro posee menor intensidad que el rayo incidente. Esta particularidad es una forma de distinguir entre luz polarizada y luz no polarizada. El ojo humano no tiene la habilidad de distinguir entre una y otra.
La luz puede estar polarizada de forma lineal, circular o elíptica dependiendo de la dirección de propagación de la onda. Asimismo, la luz polarizada se puede obtener mediante procesos físicos tales como reflexión, refracción, difracción y birrefringencia.
Índice del artículo
- 1 Luz polarizada linealmente
- 2 Luz polarizada circular
- 3 Luz polarizada elípticamente
- 4 Luz polarizada por reflexión
- 5 Luz polarizada por refracción
- 6 Luz polarizada por dispersión
- 7 Luz polarizada por birrefringencia
- 8 Referencias
Cuando el campo eléctrico de la onda luminosa oscila de forma constante, describiendo una línea recta en el plano perpendicular a la propagación, se dice que la luz está linealmente polarizada. En este estado de polarización las fases de las dos componentes del campo eléctrico son las mismas.
Si se superponen dos ondas, linealmente polarizadas, que vibran en planos perpendiculares entre sí, se obtiene otra onda linealmente polarizada. La onda de luz obtenida estará en fase con las anteriores. Dos ondas están en fase cuando presentan el mismo desplazamiento en el mismo tiempo.
La onda luminosa cuyo vector campo eléctrico oscila de forma circular en un mismo plano perpendicular a la propagación, está polarizada circularmente. En este estado de polarización la magnitud del campo eléctrico se mantiene constante. La orientación del campo eléctrico es en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario.
El campo eléctrico de la luz polarizada describe trayectorias círculares con una frecuencia angular ω constante.
Dos ondas de luz linealmente polarizadas que se superponen perpendicularmente entre sí, con una diferencia de fase de 90°, forman una onda de luz polarizada circularmente.
En este estado de polarización el campo eléctrico de la onda luminosa describe una elipse en todo el plano perpendicular a la propagación y se orienta en el sentido de rotación de las agujas del reloj o en sentido contrario.
La superposición de dos ondas de luz perpendicularmente entre sí, una con polarización lineal y otra con polarización circular, y con un desfase de 90°, da como resultado una onda de luz con polarización elíptica. La onda de luz polarizada es similar al caso de polarización circular pero con la magnitud del campo eléctrico variando.
La luz polarizada por reflexión fue descubierta por Malus en 1808. Malus observó que cuando un rayo de luz no polarizada incide en una placa de vidrio bien pulida y transparente, parte de la luz se refracta al atravesar la placa y la otra parte se refleja formando un ángulo de 90° entre el rayo refractado y el rayo reflejado.
El rayo de luz reflejado se polariza linealmente al oscilar en un plano perpendicular a la dirección de propagación y su grado de polarización depende del ángulo de incidencia.
El ángulo de incidencia mediante el cual el haz de luz reflejado está completamente polarizado se llama ángulo de Brewster (θB)
Si un haz de luz no polarizada incide con ángulo de Brewster (θB) sobre una pila de placas de vidrio, algunas de las vibraciones perpendiculares al plano de incidencia se reflejan en cada una de las placas y el resto de las vibraciones son refractadas.
El resultado neto es que todos los haces reflejados están polarizados en un mismo plano mientras que los haces refractados están parcialmente polarizados.
Cuanto mayor sea el número de superficies, el rayo refractado perderá más y más oscilaciones perpendiculares al plano. Al final la luz transmitida estará linealmente polarizada en el mismo plano de incidencia de la luz no polarizada.
La luz que incide sobre pequeñas partículas suspendidas en un medio es absorbida por su estructura atómica. El campo eléctrico inducido en los átomos y moléculas tiene vibraciones paralelas al plano de oscilación de la luz incidente.
Así mismo el campo eléctrico es perpendicular a la dirección de propagación. Durante este proceso los átomos emiten fotones de luz que se desvían en todas las direcciones posibles.
Los fotones emitidos constituyen un conjunto de ondas de la luz dispersada por las partículas. La porción de la luz dispersada perpendicular al rayo de luz incidente está polarizada linealmente. La otra porción de luz dispersada en dirección paralela no está polarizada, el resto de la luz dispersada por las partículas está parcialmente polarizada.
La dispersión de partículas con tamaño comparable a la longitud de onda de la luz incidente se llama dispersión Rayleigh. Este tipo de dispersión permite explicar el color azul del cielo o el color rojo de la puesta del Sol.
La dispersión Rayleigh tiene una dependencia inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda (1/λ4).
La birrefringencia es una propiedad característica de algunos materiales como la calcita y el cuarzo que poseen dos índices de refracción. La luz polarizada por birrefringencia se obtiene cuando un rayo de luz incide sobre un material birrefringente separándose en un rayo reflejado y dos rayos refractados.
De los dos rayos refractados uno se desvía más que el otro oscilando perpendicularmente al plano de incidencia mientras que el otro oscila paralelamente. Ambos rayos emergen del material con polarización lineal al plano de incidencia.
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