Polarización Lineal

Objetivos.

1. Observar la birrefringencia de un prisma de lucita

2. Comprobar la Ley de Malus con dos polarizadores y con tres polarizadores

3. Medir el ángulo de Brewter

El propósito del resumen es dar al lector una información concisa acerca del contenido de la práctica. Debe ser informativo y no limitarse a indicar lo que abarca el experimento, sino que también debe establecer los principales resultados obtenidos y las conclusiones que lograron obtenerse. El resumen no es parte del texto y debe ser completo en si mismo.

Introducción.

Polarización Lineal.

En Óptica geométrica, consideramos a la luz, como un rayo que viene desde el infinito. En Óptica Física la consideraremos como una onda electromagnética.

Las ondas electromagnéticas tales como la luz blanca, viajan de tal forma que el vector E del campo eléctrico y el vector B del campo magnético son perpendiculares entre sí a la dirección de propagación de la onda. Es decir las ondas electromagnéticas son transversales. Sin embargo la dirección del campo magnético y eléctrico va en todas direcciones.

La vibración de una onda transversal puede ser polarizada, es decir, se puede lograr que la dirección de vibración sea predecible. Cuando se logra que la vibración sea paralela a una orientación ja se obtiene polarización lineal. En el caso de la luz la polarización queda definida por la forma como vibra el campo eléctrico

En la polarización lineal el vector del campo eléctrico oscila arriba y abajo a lo largo de una línea vertical. La luz linealmente polarizada representa un tipo simple de polarización. La luz solar y la radiación emitida por la Tierra no están polarizadas. La luz natural contiene un número enorme de ondas, orientadas aleatoriamente. La luz emitida es una mezcla de ondas que están linealmente polarizadas en todas las direcciones transversales posibles.

Consideremos que la luz natural viaja atravesando un cristal polarizante. Únicamente una parte del rayo en la dirección de polarización atraviesa el cristal, dependiendo de las propiedades del cristal. Si el rayo de luz emergente penetrara en un segundo cristal, dependiendo de la alineación de los cristales entre sí, la luz pasaría y saldría del segundo cristal; o, en el caso de una rotación 90°, ningún rayo polarizado procedente del primer cristal se transmitiría a través del segundo.

Consideremos un transmisor de microondas está conectado a una antena de dipolo, las cargas que se mueven de arriba abajo de la antena producen una onda electromagnética, cuyo vector E es paralelo a su eje (a distancias grandes del dipolo).

Figura 1. Ejemplo de polarización lineal.

Cuando esta onda incide sobre el receptor de microondas, el vector E de la onda, provoca que las cargas se muevan de arriba abajo de la antena. Estas cargas en movimiento producen una señal en el receptor.

Si el transmisor se gira 90º alrededor de la dirección de la propagación de la onda, la señal caería a cero en el receptor. Debido a que el vector E de la onda estaría en ángulo recto con el eje de la antena receptora; la onda no produciría un movimiento de cargas a lo largo de la antena, y por lo tanto no habría señal en el receptor.

Ley de Malus.

Por definición, si la luz incide sobre un polarizador lineal ideal, solo la luz en un estado será transmitida. En ese estado tendrá una orientación paralela a una dirección específica llamada eje de transmisión del polarizador. Solo la componente del campo óptico paralela al eje de transmisión pasara por el dispositivo sin ser afectada (figura 3.)

Figura 3.

Ahora supongamos que introducimos un segundo polarizador o analizador, con su eje de transmisión vertical, si la amplitud del campo eléctrico transmitido por el primer polarizador E01 en la cual solo su componente E01 cos θ, paralela al eje de transmisión del analizador pasara al detector. (Como se muestra en la figura 4, suponiendo que no hay absorción).

Figura 4.

Entonces la irradiancia detectada está dada por:

()

La máxima irradiancia, ()⁄ ocurre cuando el ángulo θ entre los ejes de transmisión de polarización y analizador es cero, por lo cual la ecuación se puede reescribir como:

()()

la cual se conoce como la Ley de Malus.

Ángulo de Brewster.

Polarización por reflexión.

La relación entre las amplitudes transmitidas y reflejadas del campo eléctrico de un haz plano que incide sobre una superficie plana, viene expresada por las fórmulas de Fresnel. El cual denota por los subíndices || y ┴ las componentes de las amplitudes del campo electrico en el plano de incidencia y el en e perpendicular respectivamente. Las expresiones de Fresnel (o coeficientes de reflexión) que relacionan la amplitud reflejada R con la incidente A son

(3)

(4)

Donde el ángulo de incidencia θ y el de refracción θ´ están relacionados por la ley de Snell noSenθ = nSenθ´ (no y n son los índice de refracción del primer y segundo medio).las direcciones del haz incidente, reflejado, transmitido y la normal a la cara del medio

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