POLARIZACIÓN DE LA LUZ

Introducción

Este fenómeno de polarización solo se da con ondas transversales, pero no con longitudinales, ya que implica, según acabamos de ver, una asimetría respecto del eje en la dirección de propagación. Si se demuestra que un haz luminoso puede ser polarizado, llegaremos a la conclusión de que las ondas luminosas son transversales.

Vimos anteriormente que las ondas electromagnéticas son ondas planas transversales, ya que los campos eléctrico y magnético oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación. Por otro lado, los planos de oscilación del campo eléctrico y magnético son normales entre sí. Consideraremos solo la oscilación del campo eléctrico y asimilaremos las vibraciones luminosas a estas oscilaciones. Un haz luminoso en el que las oscilaciones del campo eléctrico se verifiquen siempre en el mismo plano se denominará, según hemos visto antes, haz luminoso polarizado.

(a)= Haz de luz polarizado (b)= Haz de luz sin polarizar.

POLARIZACIÓN

La luz natural no está polarizada. La luz emitida por un manantial está constituida por una serie de trenes de ondas procedentes de átomos distintos; en cada uno de estos trenes de ondas el campo eléctrico oscila en un plano determinado, pero, en general, su orientación es distinta de unos a otros.

Dado el enorme número de moléculas y átomos de un manantial luminoso, se comprende el gran número de trenes de ondas que constituye un haz de luz y, por consiguiente, la existencia en éste de ondas polarizadas en todas las direcciones transversales posibles.

A continuación veamos algunos casos en los que se produce polarización de la luz.

Polarización por reflexión.

Sabemos que si sobre una superficie reflectora incide luz natural parte de la luz se refleja y parte se refracta. Malus descubrió en 1808 que si hacemos incidir una luz sobre una superficie pulimentada de vidrio con un ángulo de incidencia i de 57º aproximadamente, la luz reflejada está polarizada, siendo el plano de vibración perpendicular al plano de incidencia de los rayos. Si el ángulo de incidencia no es de 57º habrá también polarización pero ésta irá siendo menor a medida que el rayo incidente vaya siendo mayor o menor que dicho ángulo.

El ángulo de polarización depende del índice de refracción "n" del medio. En el caso del vidrio, que acabamos de ver, "i" es aproximadamente 57º.

Hay que señalar también que para éste ángulo, el rayo refractado está polarizado parcialmente, coincidiendo su plano de vibración con el de incidencia, mientras que el rayo reflejado está completamente polarizado.

Polarización por doble refracción.

Hay determinados cristales que tienen la propiedad de la doble re- fracción, es decir, el rayo incidente se desdobla en dos en el interior del cristal (espato de islandia,turmalina), uno de ellos llamado Ordinario y que sigue las leyes de la refracción y otro llamado extraordinario que no las sigue. Las ondas correspondientes al rayo ordinario se transmiten en forma de superficies esféricas (según ocurre en la refracción ordinaria), mientras que las correspondientes al rayo extraordinario se propagan según elipsoides de revolución. Estas dos superficies de onda son tangentes en dos puntos que definen una dirección denominada eje óptico del cristal. Si la esfera envuelve al elipsoide (fig.23a) se dice que el cristal es positivo, y en caso contrario (fig.23b) el cristal es negativo. Esto significa que en el primer caso la velocidad del rayo extraordinario es menor que la del ordinario, excepto en la dirección del eje óptico, en que son iguales, mientras que en los cristales negativos la velocidad del rayo extraordinario es mayor que la del ordinario, excepto en la dirección del eje óptico.

Otra particularidad que nos encontramos es que los planos de vibración del rayo ordinario y extraordinario son perpendiculares entre si, es decir, están polarizados perpendicularmente entre si.

Este tipo de cristal permite obtener luz polarizada partiendo de la luz natural, siempre que logremos eliminar a la salida uno de los rayos emergentes.

Ciertos cristales de este tipo tienen la propiedad de absorber con más intensidad un rayo que otro, absorbiendo, en algunos casos, totalmente uno de ellos. Así, por ejemplo, la turmalina absorbe totalmente el rayo ordinario y transmite el extraordinario. Este fenómeno se denomina dicroísmo.

Polarización rotatoria.

Hemos visto que un prisma de Nicol puede utilizarse como polarizador, ya que al incidir sobre él la luz natural obtenemos a la salida del mismo luz polarizada cuyo plano de vibración es paralelo a la sección principal Si este haz de luz polarizada se hace incidir sobre otro prisma de Nicol cuya sección principal sea perpendicular a la del primero, este haz no podrá penetrar en el segundo Nicol ya que vibra en una sección normal, y por lo tanto no habrá salida de luz del segundo Nicol. En este caso se dice que los Nicols están cruzados, esto se llama Polarización cruzada. Variando la posición relativa de las secciones principales de los dos Nicols se lo grará mayor o menor luz a la salida, desde el valor máximo (Nicoles paralelos) hasta la anulación completa (Nicoles cruzados).

Procedimiento de análisis

El conseguir la polarización de la luz no es un trabajo complicado aunque parezca difícil. Lo que se debe hacer es disponer de una lámina con unas ranuras de una altura determinada y en una posición determinada. Para la luz, por ejemplo, la altura de estas aberturas debe ser del orden de la longitud de onda de la luz, es decir entre 380 y 780 nanómetros, dependiendo del color que queramos obtener. Para una onda electromagnética de mayor longitud de onda como por ejemplo las microondas, las ranuras deben ser de entre un milímetro y un metro.

Lo de la posición tiene que ver con la absorción del campo eléctrico que tiene lugar en las ranuras, pero sería bastante complicado de explicar, de modo que os diré lo que podéis hacer para comprobarlo experimentalmente. Cuando vais al cine IMAX en 3D, las gafas están diseñadas para polarizar la luz en el sentido correcto para obtener la ilusión en 3D. Pero, ¿que ocurre si giramos nuestra cabeza acercándola a uno de nuestros hombros? Pues que estaremos cambiando en 90 grados el ángulo de las microscópicas ranuras de las gafas, por lo que la polarización no se produce y veréis la película igual que si no las tuvierais puestas. Si sois muy impacientes y queréis ver este efecto antes de que empiece la película también podéis usar vuestro teléfono móvil. La luz que sale de él está polarizada ya que las pantallas de cristal líquido o LCD funcionan de este modo. Así que si giráis el móvil enfrente de vosotros, notaréis variaciones en el brillo de la pantalla, e incluso puede llegar a verse completamente oscura. De ahí que sea imprescindible disponer de las ranuras en la posición adecuada.Si queréis hacer vuestras propias pruebas en internet, tenéis esta página en la que podréis elegir el ángulo con el que veis la luz polarizada. Considerad lo que llaman analizador como si fuera vuestra vista. Espero que gracias a esta página podáis entender mejor todo este tema de la polarización de la luz.

Haz la pruebaVete a una sala de cine 3D que tenga el sistema IMAX 3D. Durante la película quítate las gafas, y verás que sin las lentes polarizadas ves una película doble. Cuando te pones las gafas lo ves todo en 3D, porque cada lente selecciona una película para cada ojo. Otra cosa que puedes hacer es cerrar un ojo. Si cierras un ojo, desaparecerá la ilusión de 3D, ya que se basa precisamente en la disparidad BINOCULAR. Eso quiere decir que se necesitan 2

ojos para percibir el efecto. Y esto es válido para el IMAX y para todos los sistemas anteriores. Si cerramos un ojo el efecto se va.

http://www.wisphysics.es/2008/02/disparidad-binocular-y-3d

Si miras a una pantalla sin gafas con imágenes 3D, podrás ver como hay dos combinaciones de imágenes superpuestas y ligeramente desincronizadas en posición. Una de ellas tendrá un tono azul mientras que la otra será roja. Al ponerte las gafas 3D, ves como las dos imágenes convergen para convertirse en una sola pero con profundidad.

Gafas activas E-D y ELSA:

Existen dos tipos de gafas 3D activas: gafas E-D y gafas ELSA. Ambas tecnologías emplean el mismo sistema de transmisión de datos estereoscópicos, aunque la verdad, es que para que funcionen a la perfección, cada tipo de gafas debe de trabajar con su emisor compatible, si no, podríamos encontrar una desincronización en el filtrado de las lentes.

¿Qué gafas 3D utilizar con cada sistema?

Actualmente existen cuatro sistemas de proyección 3D, por lo que dependiendo de la tecnología empleada, deberemos de utilizar un tipo de gafas 3D u otro:

XpanD/Nuvision: Este sistema utiliza gafas 3D activas y garantiza la misma visión tridimensional a cada espectador en la sala, independientemente de donde esté sentado.

IMAX 3D: Para poder ver una película 3D en IMAX 3d es necesario utilizar unas gafas polarizadas o bien unas gafas de cristal líquido modelo E3D, las cuales captan la imagen mediante una señal infrarroja.

RealD: Se utilizan gafas pasivas de polarización circular. Es un sistema sencillo y barato, ya que sólo es necesario un proyector que envíe imágenes distintas para cada ojo que se ven sobre una pantalla plateada.

Dolby 3D: En este sistema se utilizan unas gafas pasivas con el sistema alemán Infitec. Estas gafan tienen filtros para los tres colores primarios (rojo, verde y azul) y su coste es más elevado, por lo que se suelen reutilizar.

¿Qué hace falta para ver una película 3D en casa?

Actualmente, la forma más sencilla de ver video 3D en casa es utilizar un ordenador a un monitor 3D mediante un cable HDMI y utilizando una tarjeta gráfica con soporte 3D. En los últimos meses se están fabricando televisores 3D que incluyen su propio emisor, por lo que sólo faltará disponer del tipo de gafas 3D apropiadas para el sistema utilizado.