O que é luz polarizada?

A luz polarizada é radiação electromagnética de vibração em um plano perpendicular à direcção de propagação. A vibração em um plano significa que o vetor do campo elétrico da onda de luz oscila paralelamente a um espaço de dois componentes retangulares, como o plano de polarização xy.

A luz natural ou artificial é um trem de ondas de radiação eletromagnética cujos campos elétricos oscilam aleatoriamente em todos os planos perpendiculares à direção da propagação. Quando apenas uma parte da radiação é restrita à oscilação em um único plano, diz-se que a luz é polarizada.

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Onda de luz polarizada verticalmente em um plano quando ondas de luz não polarizada atingem uma grade de polarização. Por Bob Melish (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wire-grid-polarizer.svg) Wikimedia Commons

Uma maneira de obter luz polarizada é fazer um feixe de luz afetar um filtro polarizador, que consiste em uma estrutura de polímero orientada em apenas uma direção, permitindo que apenas as ondas que oscilam no mesmo plano passem enquanto o restante das ondas é absorvido. .

O feixe de luz que passa pelo filtro tem menos intensidade que o feixe incidente. Essa particularidade é uma maneira de distinguir entre luz polarizada e luz não polarizada. O olho humano não tem a capacidade de distinguir entre um e outro.

A luz pode ser polarizada linearmente, circularmente ou elipticamente, dependendo da direção de propagação da onda. Além disso, a luz polarizada pode ser obtida por processos físicos como reflexão, refração, difração e birrefringência.

Luz polarizada linear

Quando o campo elétrico da onda de luz oscila constantemente, descrevendo uma linha reta no plano perpendicular à propagação, diz-se que a luz é polarizada linearmente. Nesse estado de polarização, as fases dos dois componentes do campo elétrico são as mesmas.

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Se duas ondas linearmente polarizadas são sobrepostas, que vibram em planos perpendiculares entre si, outra onda linearmente polarizada é obtida. A onda de luz obtida estará em fase com as anteriores. Duas ondas estão em fase quando elas têm o mesmo deslocamento ao mesmo tempo.

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Polarização linear, circular e elíptica. Por Inductiveload (https://commons.wikimedia.org)

Luz polarizada circular

A onda de luz cujo vetor de campo elétrico oscila circularmente no mesmo plano perpendicular à propagação é polarizada circularmente. Nesse estado de polarização, a magnitude do campo elétrico permanece constante. A orientação do campo elétrico é no sentido horário ou anti-horário.

O campo elétrico da luz polarizada descreve caminhos circulares com uma frequência angular constante ω .

Duas ondas de luz polarizadas linearmente que se sobrepõem perpendicularmente umas às outras, com uma diferença de fase de 90 °, formam uma onda de luz polarizada circularmente.

Luz elipticamente polarizada

Nesse estado de polarização, o campo elétrico da onda de luz descreve uma elipse em todo o plano perpendicular à propagação e é orientada no sentido de rotação do sentido horário ou anti-horário.

A superposição de duas ondas de luz perpendicularmente uma à outra, uma com polarização linear e outra com polarização circular e com um deslocamento de 90 °, resulta em uma onda de luz com polarização elíptica. A onda de luz polarizada é semelhante ao caso da polarização circular, mas com a magnitude do campo elétrico variando.

Luz polarizada por reflexão

A luz polarizada refletida foi descoberta por Malus em 1808. Malus observou que quando um feixe de luz não polarizada atinge uma placa de vidro bem polida e transparente, parte da luz é refratada à medida que passa através da placa e a outra parte é refletida formando Um ângulo de 90 ° entre o raio refratado e o raio refletido.

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O feixe de luz refletido polariza linearmente quando oscila em um plano perpendicular à direção de propagação e seu grau de polarização depende do ângulo de incidência.

O ângulo de incidência através do qual o feixe de luz refletido é totalmente polarizado é chamado ângulo de Brewster (θ B )

Luz polarizada por refração

Se um feixe de luz não polarizado atingir o ângulo de Brewster ( θ B ) em uma pilha de placas de vidro, algumas das vibrações perpendiculares ao plano de incidência são refletidas em cada uma das placas e o restante das vibrações são refratadas.

O resultado final é que todos os raios refletidos são polarizados no mesmo plano, enquanto os raios refratados são parcialmente polarizados.

Quanto maior o número de superfícies, o raio refratado perderá mais e mais oscilações perpendiculares ao plano. No final, a luz transmitida será linearmente polarizada no mesmo plano de incidência da luz não polarizada.

Espalhamento de luz polarizada

A luz que afeta pequenas partículas suspensas em um meio é absorvida por sua estrutura atômica. O campo elétrico induzido em átomos e moléculas tem vibrações paralelas ao plano de oscilação da luz incidente.

Da mesma forma, o campo elétrico é perpendicular à direção de propagação. Durante esse processo, os átomos emitem fótons de luz que se desviam em todas as direções possíveis.

Os fótons emitidos constituem um conjunto de ondas de luz espalhadas pelas partículas. A porção da luz dispersa perpendicular ao feixe luminoso incidente é linearmente polarizada. A outra porção de luz espalhada em uma direção paralela não é polarizada, o restante da luz espalhada pelas partículas é parcialmente polarizada.

A dispersão de partículas com tamanho comparável ao comprimento de onda da luz incidente é chamada dispersão de Rayleigh. Este tipo de dispersão permite explicar a cor azul do céu ou a cor vermelha do pôr do sol.

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A dispersão de Rayleigh tem uma dependência inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda (1 / λ 4 ).

Luz polarizada de birrefringência

A birrefringência é uma propriedade característica de alguns materiais, como calcita e quartzo, que possuem dois índices de refração. A luz polarizada de birrefringência é obtida quando um feixe de luz atinge um material birrefringente que se separa em um raio refletido e dois raios refratados.

Dos dois raios refratados, um se desvia mais que o outro oscilando perpendicularmente ao plano de incidência, enquanto o outro oscila em paralelo. Ambos os raios emergem do material com polarização linear para o plano de incidência.

Referências

  1. Goldstein, D. Luz polarizada. Nova York: Marcel Dekker, Inc., 2003.
  2. Jenkins, FA e White, H. E. Fundamentos de óptica. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
  3. Saleh, Bahaa E. A e Teich, M C. Fundamentos da fotônica. Canadá: John Wiley & Sons, 1991.
  4. Guenther, R D. Modern Optics. Canadá: John Wiley & Sons, 1990.
  5. Bohren, CF e Huffman, D R. Absorção e dispersão da luz por pequenas partículas. Canadá: Jhon Wiley & Sons, 1998.

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