Polarización de la luz: polarización por reflexión y por absorción selectiva

Polarización de la Luz

Definición

El plano de polarización de una onda electromagnética polarizada linealmente es el determinado por la dirección de propagación y la dirección de vibración del vector E. En la figura, es el plano XY. La luz natural no está polarizada, ya que está formada por un gran número de trenes de ondas procedentes de átomos diferentes; en cada uno de ellos el campo eléctrico oscila en un plano distinto. El resultado es que las direcciones de vibración posibles para el campo eléctrico son infinitas y cambian aleatoriamente según el instante de tiempo considerado. Para lograr luz polarizada linealmente se deben eliminar todas las vibraciones del campo eléctrico excepto las que tienen lugar en una dirección determinada.

Polarización por Reflexión

En 1808, el físico francés E. L. Malus (1775-1812) descubrió que si la luz natural incide sobre una superficie pulimentada de vidrio, la luz reflejada está total o parcialmente polarizada, dependiendo del ángulo de incidencia. En 1812, el físico escocés D. Brewster (1781-1868) descubrió que la polarización es total para un ángulo de incidencia tal que el rayo reflejado y el rayo refractado forman un ángulo de 90°. Este ángulo de incidencia se denomina ángulo de polarización o ángulo de Brewster. Para un rayo que incide desde el aire sobre un medio con índice de refracción n:

Esta última expresión, denominada ley de Brewster, expresa que: La polarización es total cuando la tangente del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del medio en que tiene lugar la refracción.

Los fenómenos de interferencia y de difracción demuestran la naturaleza ondulatoria de la luz, pero no su carácter transversal. Los fenómenos de polarización, característicos de esta clase de ondas, ponen de manifiesto que las ondas luminosas son transversales. Un haz luminoso está polarizado linealmente si las oscilaciones del campo eléctrico tienen lugar siempre en la misma dirección.

Polarización por Absorción Selectiva

En 1938, el inventor americano E. H. Land (1909-1991) descubrió un material formado por finas láminas que contienen moléculas de hidrocarburos alineadas en largas cadenas. Land le llamó polaroide o polarizador. Este material polariza la luz mediante un mecanismo de absorción selectiva de ésta efectuada por las moléculas orientadas. Como los electrones sólo pueden desplazarse a lo largo de las cadenas moleculares, cuando la dirección del vector E de la luz incidente coincide con la dirección de la cadena molecular, el material absorbe energía luminosa y se establece una corriente eléctrica. Pero si el vector E es perpendicular a la dirección de las cadenas, se transmite la luz; esta dirección perpendicular a las cadenas moleculares se denomina eje de transmisión.

La figura muestra cómo la luz natural incide en el polarizador, en el que se ha indicado el eje de transmisión. La luz, cuyo vector E es paralelo al eje de transmisión, es transmitida, mientras que se absorbe toda la luz cuyo vector E es perpendicular a dicho eje. La luz se polariza verticalmente y el vector campo eléctrico transmitido es E.