2. Polarización de una onda
• Propiedad de las ondas transversales: La vibración
es perpendicular a la dirección de propagación
• Se define la dirección de polarización como la
dirección de vibración del campo eléctrico E
Fuente puntual: Ondas
polarizadas (antenas ..)
Muchas fuentes: Ondas
no polarizadas (sol..)
3. Polarización lineal
• La vibración se mantiene fija respecto a una línea fija
en el espacio
Onda que se propaga en dirección X
y está polarizada
linealmente en dirección Y
E = E0 sen( wt − kx) ˆj
ˆ
B = B0 sen( wt − kx) k
4. Polarización Elíptica o Circular
• El vector campo eléctrico va cambiando en el
tiempo describiendo elipses o circunferencias
Onda polarizada circularmente que
t j t ˆ
E = E0 sen( wt − kx ) (cos ϕ ˆ + senϕ k ) se propaga en dirección X.
El campo E es una superposición
t j t ˆ
B = B0 sen( wt − kx )(−senϕ ˆ + cos ϕ k ) de un campo vibrando en
dirección Y y otro en dirección Z
5. Polarización por absorción: filtros
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
6.
7. Ley de Malus
• Cuando la luz natural incide sobre un polarizador, la
intensidad transmitida es la mitad de la incidente
I0
I1 =
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
8. Polarización por reflexión
• La dirección de propagación de la onda (vector S) está
contenida en el plano de incidencia El campo E debe ser
ortogonal a esta dirección Tiene una componente el
en
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.
' n1 cos θ1 − n2 cos θ 2 r 2n1 cos θ1
E⊥ = E⊥ E⊥ = E⊥
n1 cos θ1 + n2 cos θ 2 n1 cos θ1 + n2 cos θ 2
' n1 cos θ 2 − n2 cos θ1 r 2n1 cos θ 2
E || = E|| E || = E||
n1 cos θ 2 + n2 cos θ1 n1 cos θ 2 + n2 cos θ1
Luz reflejada Luz refractada
9. n2
tgθ =
Ángulo de Brewster B
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
' n1 −n2
2 2
E⊥ = 2 E⊥
n1 +n2
2
'
E || =0
Luz
reflejada n
2 2
E⊥ = 2
r 1
E⊥
n1 + 2 n2
n
E ||r = 1 E||
n2
Luz refractada
10. Polarización por dispersión
• Las moléculas de aire son centros de dispersión para
la luz solar. La molécula absorbente actúa como
una antena dipolar 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.
11. Propagación de la luz
• Medios isótropos : no importa la dirección
– Gases y líquidos D=ε E
– Cristales en el sistema cúbico
• Medios anisótropos : la velocidad de la onda
depende de la dirección de propagación El
índice de refracción es una matriz
– Sólidos cristalinos
ε xx ε xy ε xz nxx nxy nxz vxx v xy v xz
c
ε = ε yx ε yy ε yz ⇒ n = n yx n yy n yz v = = v yx v yy v yz
ε ε ε n n n n
zx zy zz zx zy zz v zx v zy v zz
12. Propagación en medios anisótropos
• Ejes ópticos: direcciones especiales
en las que el índice de refracción es
una matriz diagonal
ε1 0 0 n1 0 0 v1 0 0
ε = 0 ε 2 0 n = 0 n2 0 v = 0 v2 0
0 0 ε 0 0 n 0 0 v
3 3 3
Dx =ε1 E X
DY =ε1 EY
DZ =ε1 E Z
• Cristales Uniáxicos: n1 ≠ n2 = n3
Sistemas trigonal, hexagonal y tretagonal
Tienen una dirección diferenciadados tipos de rayos
( ordinario y extraordinario)
13. Rayo Ordinario Rayo extraordinario
• Se propaga con una • Velocidad dependiente
velocidad de la dirección de
c
v0 = propagación.
n2
• Independiente de la c c
< ve <
direccióncomo en n2 n1
un medio isótropo.
• Polarización lineal • Polarización lineal en
perpendicular al eje el plano formado por
óptico y a la dirección el eje óptico y la
de propagación. dirección de
propagación.
Ver figura anterior
14. Doble refracciónDoble refracción en calcita
•Cristal uniáxico
•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)
15. El rayo ordinario y el
Birrefringencia extraordinario quedan
desfasados al atravesar un
espesor d
2π
δ= (ne − n0 )d
λ
Polarización elíptica (general)
y circular ( incidencia α= 45º)
π
δ = (2m + 1)
2
Incidencia normal formando un cierto
ángulo α con el eje óptico, paralelo a la
superficie del cristal y perpendicular a la
Polarización lineal en dirección
dirección de propagación π−α, m impar δ = mπ
α, m par
16. Actividad óptica
• Algunas sustancias son capaces
de rotar el plano de
polarización de la luz incidente
( dextrógiras y levógiras)
• Pueden presentar actividad
óptica sólo en estado sólido:
cuarzo, benzil..
• En todos los estados: azucar,
alcanfor, ácido tartárico..
• Puede depender de la
concentración: ácido láctico,
levulosa, dextrosa..