Polarización de la Luz FÍS.

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Física

Por estar constituida la radiación luminosa por ondas (v.) electromagnéticas transversales, las vibraciones del vector eléctrico (que convencionalmente se toma como elemento oscilador) quedan limitadas al plano perpendicular a la dirección de propagación del movimiento (v. LUZ). Sin embargo, dentro de este plano la dirección de vibración es, en principio, arbitraria, y la luz ordinaria consiste en una sucesión de impulsos luminosos, cada uno de los cuales posee una dirección de vibración diferente, sin relación alguna con la anterior. El periodo medio de cada uno de estos impulsos es de 10-1 seg. En determinadas condiciones, resulta posible introducir una orientación preferente en la distribución de las direcciones de vibración de los sucesivos impulsos, que ya no serán estadísticamente equivalentes; se dice entonces que la onda está polarizada.

Dicha p. puede ser parcial o total. En este último caso, las direcciones de vibración de todos los impulsos coinciden, y la onda se denomina plano-polarizada. De hecho, este tipo de p. no es sino un caso sencillo de p. elíptica, en la que el vector eléctrico describe el contorno de una elipse conforme se propaga. Sin embargo, matemáticamente, esta vibración elíptica puede descomponerse en dos vibraciones lineales rectangulares y por ello nos limitaremos en lo sucesivo al estudio de estas últimas.

Métodos de polarización. Los cuatro métodos más usuales son:a) Por reflexión (v.). Resulta, sin duda, el método más sencillo. Está basado en el hecho de que la luz reflejada, p ej., en una placa de vidrio, aparece parcialmente polarizada en el plano normal al de incidencia. Cuando el ángulo de incidencia es tal que el ángulo entre las direcciones de reflexión y transmisión es de 90°, la p. de la onda reflejada es total. Esta propiedad se conoce con el nombre de ley de Brewster.

b) Dicroísmo. Recibe este nombre la propiedad que presentan determinados materiales, como la turmalina, de absorber selectivamente una de las dos componentes de la luz ordinaria. A este respecto, recordemos que toda vibración de amplitud a puede siempre descomponerse en dos vibraciones perpendiculares de amplitudes

a - cos Qya - sen Q.

Los materiales dicroicos dejan pasar únicamente las vibraciones paralelas a una determinada dirección, y, por tanto, polarizan totalmente la radiación que sobre ellos incide. Situemos esta dirección privilegiada como origen de ángulos; resulta evidente, llevando a cabo la anterior descomposición, que la amplitud transmitida será

a - cos Q,

quedando absorbida la componente

a - sen Q.

c) Doble refracción (v.). Recibe este nombre el fenómeno que se presenta en cristales transparentes uniáxicos (v. CRISTALOGRAFíA), como la calcita y el cuarzo, consistente en la producción de dos rayos refractados, de los cuales solamente uno (el ordinario) cumple la ley de Snell. El otro, que recibe el nombre de extraordinario, tras propagarse dentro del cristal en una dirección diferente a la del ordinario, emerge paralelamente a éste, por ser los cristales de caras plano-paralelas. Ambos rayos, además, están totalmente polarizados. Para la descripción correcta de esta p., resulta necesaria la introducción de algunos conceptos relativos al cristal refractor:Eje óptico. Recibe este nombre el eje de simetría cuaternario (cristales tetragonales) o senario (hexagonales) del cristal. Posee la propiedad de que, si la dirección de la radiación incidente coincide con la suya, aparece solamente un rayo difractado, superponiéndose a lo largo del mismo los rayos extraordinario y ordinario.

Planos principales. Así se denominan el plano que contiene al eje óptico y al rayo ordinario (plano principal ordinario) y el que contiene al eje óptico y al rayo extraordinario (plano principal extraordinario).

Secciones principales. Son los planos que contienen al eje óptico y son perpendiculares a un par de caras del cristal. En un romboedro de calcita existirán, por tanto, tres diferentes secciones principales.

Con ayuda de estas definiciones podemos describir con facilidad las p. de los rayos, ya que el rayo ordinario se halla polarizado perpendicularmente al plano principal ordinario, mientras que el rayo extraordinario se encuentra polarizado en el plano principal del rayo extraordinario. El rayo ordinario siempre se encuentra contenido en el plano de incidencia (ya que sigue las leyes de la refracción), mientras que el extraordinario en general no loestá. En el caso particular de que el plano de incidencia coincida con una sección principal, los planos principales coinciden también con dicha sección, y ambos rayos se propagan asimismo en dicho plano, estando, por otra parte, polarizados perpendicularmente entre sí. El rayo ordinario se propaga siempre con la misma velocidad en el cristal, la correspondiente al índice de refracción ordinario del cristal no. Sin embargo, la velocidad de propagación del rayo extraordinario depende de su dirección a través del cristal, siendo máxima cuando dicha dirección es perpendicular al eje óptico. En este último caso, el índice de refracción se denomina índice principal para el rayo extraordinario y se representa por nE. La determinación de ambos índices resulta de gran utilidad en el reconocimiento de sustancias.

d) Esparcimiento. El esparcimiento de la luz por pequeñas partículas constituye el último procedimiento de p. que describiremos. Éste es el mecanismo que contribuye a la p. de la luz solar por las partículas de la atmósfera. La p. por esparcimiento llega a ser total cuando las direcciones de iluminación y observación forman un ángulo de 90" en la partícula difusora. La explicación elemental resulta sencilla considerando el esquema de la fig. 1, donde la partícula difusora se encuentra en el origen 0, y la iluminación paralela y no polarizada proviene del eje Z. La partícula entra en vibración forzada en el plano XY y emite radiación esparcida en todas direcciones, vibrando también en dicho plano XY. Sin embargo, si observamos a lo largo de una dirección del plano en cuestión, como la vibración tiene que ser transversal, la onda correspondiente estará totalmente polarizada, vibrando ortogonalmente a la dirección de observación. En la misma figura se representan también, por medio de esquemas convencionales, los grados de p. a lo largo de otras direcciones no contenidas en el plano ortogonal a la dirección de incidencia.

Artificios de polarización. De los muchos artificios técnicos ideados para la p. de la luz hay dos que merecen una descripción especial: el nícol y el polaroide. El primero consiste, esencialmente, en un prisma de calcita que, mediante un corte apropiado a través del mismo y unión posterior de ambas partes con bálsamo de Canadá o sustancia de índice de refracción similar, hace entrar al rayo ordinario en reflexión total (fig. 2) y deja pasar exclusivamente al extraordinario, que, como anteriormente indicamos, se encuentra totalmente polarizado. El polaroide, por su parte. está fundado en el fenómeno del dicroísmo y consta generalmente de una película que sirve de soporte a un gran número de mierocristales dicroicos orientados. Uno y otro se emplean con profusión en la construcción de microscopios de p., gafas antirreflectantes, faros para coches, etc. En los microscopios, se utilizan siempre dos de estos artificios, que reciben los nombres de polarizador y analizador. Si’ el ángulo que forman los planos de transmisión de ambos polarizadores se representa por 0, la intensidad que emerge del segundo vale:

I=I0 cos 2 Q,

donde lo representa la intensidad incidente. Esta propiedad recibe el nombre de ley de Malus.

V. t.: LENTES; ÓPTICA I, 4; MICROSCOPíA.

J. ROJO ALAMINOS.

BIBL.: L. BRU, Física, Madrid 1967; F. A. JENKINS y H. E. WHITE, Fundamentos de óptica, Madrid 1964; M. BORN y E. WOLF, Principles of Optics, Oxford 1964.