Polarización

En física, polarización é unha propiedade de ondas, tales como a luz e outra radiación electromagnética. Ao contrario de ondas máis familiares como as ondas acuáticas ou sonoras, as ondas electromagnétcas son tridimensionais e a polarización é unha medida da variación do vector do campo eléctrico desas ondas co decorrer do tempo.

Teoría

Principios - ondas planas

A manifestación máis simple, para visualización, é a dunha onda plana, que é unha boa aproximación para a maioría das ondas luminosas. Nunha onda plana as direccións dos campos magnético e eléctrico están, en calquera punto, perpendiculares á dirección de propagación. Simplemente porque o plano é bidimensional, o vector eléctrico no plano nun dado punto do espazo pode ser decomposto en dúas compoñentes ortogonais. Chamémoslles as compoñentes x e y (seguíndo as convencións da xeometría analítica). Para unha onda harmónica, onde a amplitude do vector do campo eléctrico varía sinusoidalmente, as dúas compoñentes teñen exactamente a mesma frecuencia. Con todo, estas dúas compoñentes teñen dúas outras características que poden diferir. En primeiro lugar, as dúas compoñentes poden non ter a mesma amplitude. En segundo, as dúas compoñentes poden non ter a mesma fase, é dicir, poden non alcanzar os seus máximos e mínimos ao mesmo tempo, no plano fixo que temos por base.

Considerando a forma trazada nun plano fixado polo vector do campo eléctrico á medida que unha onda plana o percorre, obtemos a descrición do estado de polarización.

As imaxes seguintes corresponden a algúns exemplos da propagación do vector do campo eléctrico (azul) no tempo, coas súas compoñentes x e y (vermella/esquerda e verde/dereita, respectivamente) e a forma deseñada polo vector no plano (púrpura):

Lineal polarization diagran

‘‘Lineal’‘

Circular polarization diagran

‘‘Circular’‘

Elliptical polarization diagran

‘‘Elíptica’‘

Considere en primeiro lugar o caso especial (esquerda), onde as dúas compoñentes ortogonais están en fase. Neste caso a forza das dúas compoñentes é sempre igual ou proporcional a unha constante, de aí que a dirección do vector do campo eléctrico (a vector que resulta da suma destas dúas compoñentes) irá sempre redundar nun segmento de recta no plano. Designamos este caso especial de polarización lineal. A dirección desta liña irá depender da amplitude relativa destas dúas compoñentes. A dirección pode ser en calquera ángulo sobre o plano.

Agora considere outro caso especial (no centro), onde as dúas compoñentes ortogonais teñen exactamente a mesma amplitude que é de 90º en fase. Neste caso unha compoñente é igual a cero cando a outra compoñente está na amplitude máxima ou mínima. Neste caso especial o vector do campo eléctrico no plano formado pola suma dos dous compoñentes vai rodar nun círculo. Chamamos a este caso especial de polarización circular. A dirección de rotación irá depender da relación entre as fases. Chamamos a estes casos de polarización circular dereita e polarización circular esquerda, dependendo da rotación do vector.

Todos os outros casos, en que as dúas compoñentes nin están en fase nin teñen a mesma amplitude, ou non están con 90°Fóra de fase, encaixan na designación de polarización elíptica.

Radiación incoherente

Na natureza, a radiación electromagnética é frecuentemente producida por un largo grupo de radiadores individuais, producindo ondas que son independentes entre si. Este tipo de luz desígnase incoherente. En xeral non existe unha frecuencia única (mais si un espectro que comprende varias frecuencias presentes) e mesmo filtrando por unha escala de frecuencia arbitraria pode non haber un estado consistente de polarización. Con todo isto non significa que a polarización sexa só unha característica da radiación coherente. Radiación incoherente pode mostrar correlación estatística entre as compoñentes do campo eléctrico, o que pode interpretarse como polarización parcial. En xeral é posíbel describir un campo de onda observado como a suma completa da parte incoherente e dunha parte completamente polarizada. Podemos así describir a luz en termos do seu grao de polarización e dos parámetros da polarización elíptica.

Polarización na natureza, ciencia e tecnoloxía

Química

A importancia principal da polarización na química reside no diacronismo circular e na "rotación" feita por actividade óptica das moléculas. Pode ser medida usando un polarizador.

Astronomía

En moitas áreas da astronomía, o estudo da radiación electromagnética polarizada que chega do espazo é de grande importancia. Aínda que non sexa usualmente un factor na radiación térmica das estrelas, a polarización está tamén presente en fonte astronómicas de radiación coherente e en fontes incoherentes tales como grandes lobos radiais de galaxias activas. Á parte de fornecer información sobre as fontes de radiación, a polarización tamén proba o campo magnética interestelar pola rotación de Faraday. A polarización da radiación cósmica de fondo de microondas está a estudarse para percibir a física do Universo temperán.

Véxase tamén

Bibliografía

• Principles of Optics, M. Born & E. Wolf, Cambridge University Press, 7th edition 1999, ISBN 0-521-64222-1
• Fundamentals of polarized light : a statistical optics approach, C. Broseau, Wiley, 1998, ISBN 0-471-14302-2
• Polarized Light, Production and Use, William A. Shurcliff, Harvard University Press, 1962.
• Optics, Euxene Hecht, Addison Wesley, 4th edition 2002, hardcover, ISBN 0-8053-8566-5
• Polarised Light in Science and Nature, D. Pye, Institute of Physics Publishing, 2001, ISBN 0-7503-0673-4
• Polarized Light in Nature, G. P. Können, Translated by G. A. Beerling, Cambridge University Press, 1985, hardcover, ISBN 0-521-25862-6

Outros artigos

• David Brewster