Polarización de la luz

La luz es una onda electromagnética transversal: el vector del campo eléctrico E oscila perpendicularmente a la dirección de propagación. En la luz no polarizada, la dirección del campo E se distribuye aleatoriamente sobre todas las orientaciones del plano transversal, con una intensidad media igual en cada dirección. Un polarizador lineal (típicamente una lámina de alcohol polivinílico orientado dopado con yodo, como en la película Polaroid) transmite únicamente la componente de E paralela a su eje de transmisión, bloqueando la componente perpendicular. Un polarizador ideal reduce así la intensidad de la luz no polarizada exactamente a la mitad: I_después = I0 / 2. El haz transmitido queda ahora polarizado linealmente, es decir, E oscila a lo largo de una única dirección fija. Cuando este haz polarizado incide sobre un segundo polarizador (el analizador) con su eje de transmisión formando un ángulo theta con el primero, solo se transmite la componente E cos(theta), y como la intensidad escala con E², la intensidad transmitida obedece la ley de Malus: I = I0 cos²(theta). Para theta = 0° los polarizadores están alineados e I = I0; para theta = 90° están cruzados e I = 0.

Los fenómenos de polarización están presentes en multitud de ámbitos de la óptica, la instrumentación y las comunicaciones. La ley de Brewster predice que la luz reflejada en una superficie dieléctrica bajo el ángulo arctan(n2/n1) está completamente polarizada en la componente s (perpendicular al plano de incidencia), razón por la cual las gafas de sol polarizadas con eje de transmisión vertical suprimen el resplandor horizontalmente polarizado procedente del agua y del asfalto. Las pantallas de cristal líquido explotan la birrefringencia controlada eléctricamente: aplicar una tensión a una celda nemática retorcida rota el estado de polarización de la luz de fondo entre 0° y 90°, haciendo que cada píxel pase de totalmente transparente a totalmente opaco entre polarizadores cruzados. En las comunicaciones por fibra óptica, la dispersión por modos de polarización (PMD) surge porque las fibras reales son ligeramente birrefringentes; la PMD limita los canales de alta velocidad a un tiempo de coherencia de aproximadamente 1 / (tasa de bits) y exige receptores de diversidad de polarización por encima de 10 Gbit/s. En astronomía, los granos de polvo del medio interestelar se alinean con el campo magnético galáctico y absorben preferentemente una de las polarizaciones, lo que hace que la luz de las estrellas de fondo esté ligeramente polarizada a un nivel de unos pocos por ciento, permitiendo cartografiar la geometría del campo.