Polarización de ondas electromagnéticas.

Espectro de luz

En otros artículos hemos hablado de que las ondas, ya sean sonoras, de luz o en un medio físico como el agua o una cuerda, se desplazan siguiendo una ecuación senoidal.

Pero esa evolución temporal está acompañada de un desplazamiento espacial. Como corresponde al universo espacio-temporal de cuatro dimensiones en el que desarrollamos la Física de nuestros días.

Decimos que una onda es longitudinal si solo presenta una dirección de oscilación que coincide con la del desplazamiento. Por contra, si la onda presenta más modos de oscilación se la denomina transversal. Una onda mecánica que se desplaza en un líquido o en una cuerda es una onda longitudinal. Mientras que una onda electromagnética, en la que las componente eléctrica y la componente magnética pueden estar separadas por fases espaciales, tiene más de un modo oscilatorio y por lo tanto se denominan ondas transversales.

En realidad representamos la evolución de las ondas en dos dimensiones espaciales y una temporal. Y las clasificamos en lineales, elípticas o circulares. En ondas transversales estos desplazamientos se definen como la polaridad de las ondas.

Si todas las frecuencias se desplazan temporalmente en un mismo plano, ya sea en fase o con 180º de desfase, se denomina polarización lineal. Si las frecuencias presentan un desfase de 90º pero las mismas características, presenta polarización circular. Mientras que si el desfase es distinto de 90º o las amplitudes son asimétricas estamos hablando de una polarización elíptica.

tipos de luz polarizada
Tipos de polarización de ondas transversales.

Tanto la polarización circular como la elíptica presentan, si se mira sobre el eje del desplazamiento temporal, una rotación. Si aplastamos la onda en el plano espacial, el vector que forman sus componentes evoluciona en rotación dentro de las circunferencias de las amplitudes. Si son iguales será completamente circular y si no formará elipses dentro del anillo. La rotación pude ser en el sentido de las agujas del reloj, derechas o levógira, o antihoraria, izquierda o dextrógira.

Aunque en la naturaleza se dan muchos casos de manipulación de ondas de luz, nosotros hemos aprendido a utilizar y modificar la polarización de la luz a voluntad. Todos hemos oído o incluso utilizado elementos que alteran la polaridad de las ondas electromagnéticas. Estos son los polarizadores.

Un ejemplo de manipulación natural de la polaridad es la absorción selectiva o dicroismo. Esta se produce en los materiales cristalinos que absorben componentes de la onda electromagnética dejando pasar solo una frecuencia, característica de cada material. Como consecuencia de esta absorción podemos ver colores dentro de los cristales o catalogar los minerales.

Otra forma de manipulación de la polarización de las ondas transversales es por reflexión. Cuando una onda llega a un cambio de medio esta puede reflejarse o traspasar la barrera y refractarse. Las ondas resultantes dependen de las características de los dos medios y del ángulo de incidencia. Al incidir una onda electromagnética sobre una superficie no absorbente con cierto ángulo, la componente paralela del campo eléctrico no se refleja. Ese ángulo límite es el ángulo de Brewster. En este caso las ondas sufren polarizaciones parciales.

Otro fenómeno físico que puede producirse cuando la onda cambia de medio es el de la birrefringencia o doble refracción. En este caso la onda transversal se separa en dos ondas linealmente polarizadas. La primera se denomina rayo ordinario y la segunda rayo extraordinario, ya que es la que sufre alteraciones en la transición de medios.

polarización de la luz
Efecto de un polarizador sobre una onda para obtener polarización lineal.

Con estos modelos podemos crear filtros y láminas polarizadoras que nos ayuden a manipular la luz. Por ejemplo, las gafas polarizadas hacen que las amplitudes de la luz incidente en ciertos ángulos disminuyan, y por lo tanto la luz pierda intensidad, protegiendo nuestros ojos de quemaduras. Podemos llegar a bloquear completamente rayos incidentes solo con unas láminas y las Leyes de Snell. O podemos alterar diferentes frecuencias o componentes para, por ejemplo, ver las películas en 3D con unas simples gafas polarizadas.

Pero la polarización de ondas no solo se aplica al espectro de ondas lumínicas. También se utiliza en la manipulación de ondas de radio de forma que puedan ser enviadas en una o en múltiples direcciones. O utilizar la birrefringencia para resaltar o atenuar colores en las obras de arte modernas.




Referencias:

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