Clase 19

Polarización
La luz natural
• La luz se genera por un dipolo (una carga eléctrica) que
vibra a cierta frecuencia y por tanto genera un campo
eléctrico. Este campo implica, a su vez, el correspondiente
campo magnético y ambos dan lugar a una onda
electromagnética que se propaga siguiendo el vector de
Poynting S.
• Los vectores E y H vibran aleatoriamente en cualquiera de
los planos que contienen el vector S porque la vibración
del dipolo generador no está restringida.
• Ésto es lo que se conoce como “luz natural”, para
diferenciarla de la “luz polarizada” en la cual el vector
eléctrico vibra en un solo plano, que se denomina plano de
polarización.
Polarización de una onda
• Propiedad de las ondas transversales: La vibración es
perpendicular a la dirección de propagación.
• la “luz polarizada” en la cual el vector eléctrico vibra en un
solo plano, que se denomina plano de polarización.
• La luz que se propaga en estas condiciones se denomina luz
polarizada plana, o linealmente polarizada.
Polarización lineal
Si tenemos dos ondas linealmente polarizadas en planos
perpendiculares entre sí la onda resultante también es
linealmente polarizada si las dos primeras están en fase.
Supongamos dos ondas
linealmente polarizadas.
Polarización Elíptica o Circular
• El vector campo eléctrico va cambiando en el
tiempo describiendo elipses o circunferencias
Polarizadores
• Un polarizador ideal deja pasar el 100% de la
luz incidente en dirección de su eje de
transmisión y bloquea toda la luz que incide
vibrando en la dirección perpendicular.
Sabemos que si sobre una superficie reflectora incide luz
natural parte de la luz se refleja y parte se refracta.
• Malus descubrió en 1808 que si hacemos incidir una luz
sobre una superficie pulimentada de vidrio con un ángulo
de incidencia i de 57º aproximadamente, la luz reflejada
está polarizada, siendo el plano de vibración perpendicular
al plano de incidencia de los rayos. Si el ángulo de
incidencia no es de 57º habrá también polarización pero
será menor a medida que el rayo incidente vaya siendo
mayor o menor que dicho ángulo.
• Más tarde Brewster descubrió que si el rayo reflejado y el
refractado forman entre si un ángulo de 90º, el ángulo de
incidencia es precisamente el ángulo de polarización. El
ángulo de polarización depende del índice de refracción
"n" del medio.
• Hay que señalar también que para este ángulo, el rayo
refractado está polarizado parcialmente, coincidiendo su
plano de vibración con el de incidencia, mientras que el
rayo reflejado está completamente polarizado.
Ley de Malus
• Cuando la luz natural incide sobre un polarizador, la
intensidad transmitida es la mitad de la incidente
I1 =
I0
2
• Al pasar por un segundo polarizador que forma un
cierto ángulo con el primero
I 2 = I1 cos θ
2
Recordad que la intensidad
es proporcional al cuadrado del
Campo eléctrico
Polarización por reflexión.
Cuando la luz se refleja en una superficie plana sufre
una polarización parcial en el plano perpendicular
al plano de incidencia.
Variando de modo contínuo el ángulo de incidencia,
si se dispone de algún instrumento que permita
analizar el grado de polarización de la luz
reflejada, se observará que ésta es máxima para
cierto ángulo, conocido como ángulo de Brewster.
Polarización por reflexión
• La dirección de propagación de la onda (vector S) está
contenida en el plano de incidenciaÆ El campo E debe ser
ortogonal a esta dirección ÆTiene una componente
ρ ρ
ρen el
plano de incidencia y otra ortogonal a él E = E⊥ + E||
• Las dos componentes se comportan de diferente manera
respecto a la reflexión y a la refracción.
ρ' n1 cos θ1 − n2 cos θ 2 ρ
E⊥ =
E⊥
n1 cos θ1 + n2 cos θ 2
ρ' n1 cos θ 2 − n2 cos θ1 ρ
E || =
E||
n1 cos θ 2 + n2 cos θ1
Luz reflejada
ρr
E⊥ =
ρ
2n1 cos θ1
E⊥
n1 cos θ1 + n2 cos θ 2
ρr
ρ
2n1 cos θ 2
E || =
E||
n1 cos θ 2 + n2 cos θ1
Luz refractada
Ángulo de Brewster
tg θ
B
n2
=
n1
• Para este ángulo la luz reflejada está totalmente
polarizada en dirección perpendicular al plano de
incidencia
• No hay reflexión si se incide con luz polarizada en el
plano de incidencia
ρ'
n 12 − n 22 ρ
E ⊥ = 2
E⊥
2
n1 + n 2
ρ'
E || = 0
Luz reflejada
ρ
E
r
⊥
ρ
E ||r
2 n 12
=
n 12 + n
n1 ρ
=
E ||
n2
2
2
ρ
E ⊥
Luz refractada
Polarización por dispersión
• Las moléculas de aire son centros de dispersión para
la luz solar. Æ La molécula absorbente actúa como
una antena dipolarÆ emite luz polarizada en su plano
de vibración.
• La luz que atraviesa la molécula es no polarizada.
• El observador situado al medio día o al atardecer ve
luz no polarizada mientras el situado más allá del
medio día la observa parcialmente polarizada.
Doble refracción
Doble refracción en calcita.
Hay determinados cristales que
tienen la propiedad de la doble
refracción, es decir, el rayo
incidente se desdobla en dos en el
interior del cristal
uno de ellos llamado ordinario y
que sigue las leyes de la refracción
y otro llamado extraordinario que
no las sigue.
Doble refracción
•Se forman dos imágenes: la del
rayo ordinario y la del rayo
extraordinario.
•Ambas están linealmente
polarizadas, aunque en planos
diferentes.
•La imagen del rayo ordinario
está fija, mientras la del
extraordinario cambia de posición
al rotar el cristal ( eje óptico)