Optica: Polarización

Onda Electromagnética. El campo eléctrico (en rojo), del cuál 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 radiación electromagnética, posee tanto campo eléctrico como campo magnético; es precisamente su campo eléctrico el que produce el fenómeno de la polarización.

El campo eléctrico de la luz puede ser descrito mediante un vector, el cuál se encuentra en un plano perpendicular a la dirección de propagación de la misma, 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 XY (si se considera al eje Z como el eje de la dirección de propagación) son las que generan el efecto de polarización.

Se puede hablar de luz no polarizada cuando esta no es estrictamente monocromática y no es posible determinar si es polarizada o no. En este caso, no todos los átomos emiten luz en el mismo estado de polarización, por lo que el vector campo eléctrico se mueve hacia todas las direcciones, cancelando el efecto de polarización.

Luz no Polarizada

Luz Linealmente Polarizada

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.

El movimiento ondulatorio que manifiesta el campo eléctrico a lo largo del eje-x y el eje-y puede ser descrito por

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

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

siendo $E_{x}$ la componente-x y $E_{y}$ la componente-y del campo eléctrico. En estas expresiones, $\varepsilon$ es la diferencia de fase entre las ondas, las cuáles viajan en dirección de $Z$. 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 de $\pm 2\pi$, ambas componentes se dicen que se encuentran en fase.

${\vec {\mathbf {E} }}={\vec {E}}_{x}(z,t)+{\vec {E}}_{y}(z,t)\qquad (4)$

Es en este caso cuando la luz es linealmente polarizada.