ASESOR: Dr. José Soto Manríquez

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA
“Medición del estado de polarización de un haz de luz mediante la
técnica nula de la placa de un cuarto de onda rotatoria ”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
LICENCIADO EN ELECTRÓNICA
PRESENTA
Edgar Torres Hernández
ASESOR: Dr. José Soto Manríquez
PROFESOR INVESTIGADOR DEL INSTITUTO DE FÍSICA DE LA B.U.A.P.
PUEBLA, PUE. NOVIEMBRE DE 2003
ÍNDICE
1.
Introducción .
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2.
Óptica Electromagnética y Medios Anisotrópicos .
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5
1.1 Óptica Electromagnética
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1.1.1 Teoría Electromagnética de la Luz
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Ecuaciones de Maxwell en el espacio libre
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La Ecuación de Onda .
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Ecuaciones de Maxwell en un medio .
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Intensidad y Potencia .
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1.1.2 Medios Dieléctricos
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Medio lineal, no-dispersivo, homogéneo é isotrópico
Medio Anisotrópico
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1.1.3 Ondas Electromagnéticas Monocromáticas
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Ecuaciones de Maxwell para Ondas Electromagnéticas
Monocromáticas
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Intensidad Óptica y Potencia .
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Medio lineal, no-dispersivo, homogéneo é isotrópico
1.1.4 Ondas Electromagnéticas Fundamentales .
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La Onda Plana Electromagnética Transversal (TEM)
1.2 Óptica de Medios Anisotrópicos
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1.2.1 Índices de Refracción
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Tensor de Permitividad .
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Ejes Principales é Índices de Refracción Principales
Cristales Biaxiales, Uniaxiales é Isotrópicos
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Tensor de Impermeabilidad
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Representación Geométrica de Vectores y Tensores
El Elipsoide Índice
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1.2.2 Propagación a lo largo de un Eje Principal
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Modos Normales
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1.2.3 Propagación en una Dirección Arbitraria
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Caso Especial: Cristales Uniaxiales
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Luz Polarizada
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3.
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2.1 Bosquejo Histórico .
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2.2 La Elipse de Polarización .
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2.2.1 Formas Especiales de la Elipse de Polarización
2.2.2 Los parámetros de la Elipse de Polarización
4.
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Representación de un Haz de Luz Polarizada y
Componentes de Polarización .
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3.1 El cálculo Matricial de Jones
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3.1.1 El Vector de Jones
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3.1.2 La representación matricial de Jones
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para dispositivos de polarización .
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3.1.3 Modos Normales .
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3.1.4 Determinación del estado de polarización de un haz arbitrario
mediante una placa de un cuarto de onda y un polarizador lineal .
5.
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68
Principio de Operación de la Técnica de Medición,
Implementación del Sistema Experimental y Resultados .
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4.1Principio de Operación de la Técnica de Medición .
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4.1.1 Desarrollo Matemático
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4.2 Implementación del Sistema Experimental .
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4.2.1 Generador de Estados de Polarización Arbitrarios Conocidos
4.2.2 Montaje del Experimento
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4.3 Resultados .
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6.
Conclusiones
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7.
Apéndice A .
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8.
Apéndice B .
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9.
Bibliografía .
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Introducción
La polarización de la luz es una de sus propiedades fundamentales,
siendo las otras su intensidad, longitud de onda y coherencia. Con respecto a la
polarización, la luz puede ser no polarizada, parcialmente polarizada ó
totalmente polarizada.
La luz polarizada y sus aplicaciones aparecen en muchas de las ramas de
la ciencia y de la ingeniería. Estas incluyen la Astrofísica (radiación sincrotrónica,
física solar y dispersión atmosférica), la Química (sacarimetría, actividad óptica,
fluorescencia polarizada), la Microscopia (microscopio de polarización) y por su
puesto la óptica (la polarización por reflexión en vidrios y metales, cristales
líquidos, películas delgadas, electro-óptica, etc.).
El objetivo de este trabajo de tesis es diseñar y construir un instrumento
que permita medir los estados de polarización de la luz completamente
polarizada que se genera en experimentos de espectroscopia láser y de óptica
no lineal en nuestro laboratorio en el IF-BUAP, aunque existen varias técnicas
para conocer el estado de polarización de la luz, la que hemos desarrollado esta
basada en la placa de un cuarto de onda rotatoria combinada con un polarizador
lineal también rotatorio para obtener una transmisión nula de la luz, este
esquema de medición es uno de los que ha tenido mayor éxito comercial debido
a
su
simplicidad
y
precisión,
sin
embrago
los
sistemas
disponibles
comercialmente son de difícil acceso debido a su elevado costo (varios miles de
dólares).
Cabe mencionar que al no encontrar en la literatura la descripción
matemática de esta técnica hemos tenido que desarrollar nuestra propia
descripción cuya valides ha sido comprobada con la buena calidad de los
resultados obtenidos; además, con fines de calibración se ha desarrollado otro
sistema que permite generar estados de polarización totalmente conocidos.