Discusión:Investigacion: RO18O

Polarización

Introducción

Polarización y sencillez

hay varios tipos de sencillez que son familiares a los estudiantes de óptica. Por ejemplo, la sencillez respecto a la longitud de onda; un haz de luz blanca no es sencillo, pues incluye una gran variedad de longitudes de onda y un prisma puede dispersarlo, separándolo en un abanico de direcciones, cada una de las cuales corresponde a una sola longitud de onda. La sencillez puede ser aún mayor ; un haz puede subdividirse hasta que consista en una sola longitud de onda y una sola forma de polarización.

Fig. 1 Onda Electromagnética. El campo eléctrico (en rojo), del cual depende el fenómeno de la polarización, se mueve linealmente a lo largo del eje

Z

, y el campo magnético (azul) oscila a lo largo del eje

X

, ambos perpendiculares a la dirección de propagación (eje

Y

)

Una de las propiedades físicas de la luz es que puede ser polarizada. Siendo la luz un tipo de radiación electromagnética, posee tanto campo eléctrico como campo magnético; es precisamente su campo eléctrico el que produce el fenómeno de la polarización.

Un hecho notable acerca de las ondas luminosas es que son transversales. Los desplazamientos, de naturaleza electromagnética, no son a lo largo de la línea de propagación, sino perpendiculares a ella. Por ejemplo si la dirección de propagación es hacia el este, las vibraciones eléctricas pueden ser de arriba arriba-abajo, o de norte-sur, o a lo largo de cualquier otra línea perpendicular al eje este-oeste,(Fig.1) oscilando a medida que la luz avanza en el medio o en el vacío. Es debido a esto que a la luz se le considera una onda electromagnética transversal.

La orientación de las oscilaciones del campo eléctrico de la luz en el plano $Xz$ (si se considera al eje $Y$ como el eje de la dirección de propagación) son las que generan el efecto de polarización. Para que la luz sea polarizada, el campo eléctrico debe vibrar principalmente en una dirección.

La mayoría de las fuentes de luz no se encuentran polarizadas, por ejemplo la luz natural, llamada así porque es la proveniente del sol, tiene todas las polarizaciones, esto quiere decir que a todo tiempo la suma de sus vectores de campo eléctrico tienen una cierta magnitud y sentido, la cual no tiene relación con cualquier otra polarización en cualquier tiempo o bien la polarización es aleatoria. Se puede hablar de luz no polarizada cuando ésta no es estrictamente monocromática y no es posible determinar si está polarizada o no. Es en el caso de la luz no polarizada donde no todos los átomos emiten luz en el mismo estado de polarización, por lo que el vector campo eléctrico vibra en todas las direcciones, cancelando el efecto de polarización.

Luz no Polarizada: Representación de cada una de las polarizaciones, la suma de todas ellas dará como resultado una polarización neta

Luz Linealmente Polarizada

Fig. 3 Polarización Lineal

Se dice que la luz es linealmente polarizada (o polarizada plana) cuando la componente-x y la componente-y del vector del campo eléctrico se encuentran en fase. Si pudiéramos observar las oscilaciones del campo eléctrico en un haz de luz linealmente polarizada, viniendo de frente (saliendo de la pantalla), entonces el movimiento descrito sería lineal, o una recta.

Tomando el plano $XZ$ como referencia, podemos considerar a las vibraciones del campo eléctrico ( $\mathbf {E}$ ) en ese plano como una onda armónica simple, la cuál se propaga a lo largo de $Z$ . El campo eléctrico va a oscilar en $X$ perpendicularmente a $Z$ , a determinada frecuencia.

Análogamente, tomando el plano $YZ$ como referencia, se consideran de igual forma las vibraciones del campo eléctrico en ese plano como una onda armónica simple, que también se propaga a lo largo de $Z$ , y cuyas oscilaciones se darán en $Y$ perpendicularmente a $Z$ .

Ambas ondas, matemáticamente, pueden se descritas por las siguientes ecuaciones.

${\vec {\mathbf {E} }}_{x}(z,t)={\hat {i}}E_{0x}cos(kz-\omega t)\qquad (1)$

${\vec {\mathbf {E} }}_{y}(z,t)={\hat {j}}E_{0y}cos(kz-\omega t+\varepsilon )\qquad (2)$ .

En estas expresiones, $\varepsilon$ es la diferencia de fase entre las ondas, las cuales viajan en dirección de $Z$ . La amplitud de estas ondas puede ser diferente, y esta diferencia únicamente determina la dirección de la línea recta , en el caso que las amplitudes de campo sean iguales el anulo pormado sera de ${\frac {\pi }{4}}$ (o qué tanto se inclina en el plano $XY$ ) que traza el vector del campo eléctrico mientras se propaga.

Fig. 4 Representación de la luz (linealmente polarizada), propagándose a lo largo del eje-z, como la suma (

E_{r}

) de dos ondas co-propagantes y ortogonales entre sí: una donde el campo eléctrico oscila a lo largo del eje-x (

E_{x}

), y la otra a lo largo del eje-y (

E_{y}

). La fase (o retraso) entre las dos ondas es

\varepsilon

=0, por lo que el desplazamiento espacial entre ambas (

\varepsilon \lambda /2\pi

) es también cero.

Hablando del campo eléctrico como una perturbación óptica, la suma vectorial de sus componentes produce un ${\vec {\mathbf {E} }}$ resultante.

${\vec {\mathbf {E} }}(z,t)={\vec {E}}_{x}(z,t)+{\vec {E}}_{y}(z,t)\qquad (3)$

Si $\varepsilon$ es cero, o un múltiplo entero de $\pm 2\pi$ , ambas componentes se dicen que se encuentran en fase. En ese caso, la suma vectorial de ambas sería.

${\vec {\mathbf {E} }}=({\hat {i}}{\vec {E}}_{0x}+{\hat {j}}{\vec {E}}_{0x})cos(kz-\omega t)\qquad (4)$

Es la superposición de las ondas ${\vec {E}}_{x}$ y ${\vec {E}}_{y}$ (en fase) que resulta en la ecuación (4), con una amplitud fija igual a $({\hat {i}}{\vec {E}}_{0x}+{\hat {j}}{\vec {E}}_{0x})$ , lo cuál significa que la suma de ambas genera otra onda que también es linealmente polarizada.