PRÁCTICA 10 POLARIZACIÓN

PRÁCTICA 10
POLARIZACIÓN
Objetivo: Determinar el ángulo de Brewster de distintos materiales a través de la polarización de
la luz por reflexión, y obtener la ley de Malus por el fenómeno de polarización por absorción
selectiva mediante el uso de filtros polaroid.
Introducción: La naturaleza ondulatoria de la luz hace que esta sea una onda electromagnética
transversal, compuesta tanto de campos eléctricos como de magnéticos ortogonalmente
dispuestos, y que varían temporal y espacialmente, tal y como se ilustra en la figura 1.
vector de
propagación
de la luz
Figura 1
Para la luz incoherente
no-polarizada
proveniente de una fuente de emisión como el sol ó un


foco, los campos E así como B , tendrán orientaciones aleatorias y el observador los verá, en
promedio, como en la figura 2.
y

E  r,t 
x
Figura 2: Proyección de la variación del campo eléctrico de luz
incoherente no-polarizada vista según el observador de la figura 1.
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En general estos campos eléctricos se pueden expresar como la suma vectorial de un campo

eléctrico Ex t  , que se denota como la polarización Px (esto es, a lo largo del eje x) y un campo

E y t  que se denota como la polarización Py (esto es, a lo largo del eje y).

E y t 

E x t 
Figura 3. Estados de polarización Px y Py
La luz incidente sobre un medio dieléctrico será total o parcialmente polarizada, dado que para el

campo eléctrico E incidente en la superficie solo su componente E (componente perpendicular
al plano de incidencia) no sufrirá disminución en su intensidad, debido a que las cargas eléctricas
cerca de las superficie lo reradiarán, mientras que su componente E11 (componente paralela al
plano de incidencia) sufrirá una atenuación. La figura 4 ilustra lo anterior.
Figura 4. Luz incidente incoherente con componentes de campos eléctricos E11 y E,
viajando desde un medio con índice de refracción ni a un medio con índice refracción nt
En el caso especial en el que el ángulo de incidencia θi es igual a θB (llamado ángulo de
Brewster) únicamente la componente E será reflejada y por lo tanto obtendremos luz totalmente
polarizada cuando se cumple que θB + θt = 90°. La polarización así producida se denomina por
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reflexión. También hay luz polarizada producida por absorción selectiva, en cuyo caso se usan
filtros polaroid los cuales están constituidos por largas cadenas moleculares de diversos
materiales poliméricos y que absorben el campo eléctrico paralelo a las cadenas moleculares,
dejando pasar únicamente el campo perpendicular, cuya dirección se define como el eje de
transmisión del filtro polaroid.
Parte Experimental:
Experimento 1:
Para luz incidente no-polarizada, conformada por dos estados P (Px & Py) ortogonales e
incoherentes, solamente la componente polarizada normalmente al plano de incidencia y por
consiguiente paralela a la superficie, será reflejada. El ángulo para el cual ocurre esta situación se
designa por θB = ángulo de Brewster, donde θB + θt = 90°
ni sen θB = nt sen θt , con θt = 90°  θB
entonces
n
 B  tan 1  t
 ni



(demostrar la fórmula)
láser
pantalla
θB
estado de
polarización
θB
placa de
vidrio
Figura 5. Arreglo de componentes ópticas del experimento 1
Utilizando luz láser con estado de polarización paralelo al plano de incidencia al vidrio,
determinar el ángulo θi de incidencia a la superficie para el cual el la intensidad de luz del haz
reflejado sobre la pantalla se anula. Cuando se cumpla esta condición tendremos que θi = θB .
Obtenga θB para este material y calcule nt, repetir esta experiencia por cada alumno para agua,
glicerina y acrílico. Reporte los índices de refracción promedio, comparando con lo publicado en
la bibliografía.
Experimento 2:
Si la luz del láser no-polarizada incide sobre un polarizador polaroid lineal (que
identificamos como polarizador 1), solamente se transmitirá la luz con estado de polarización
paralela al eje de transmisión del polarizador. Si la luz láser así polarizada incide sobre un
analizador (que denotamos como filtro polarizador polaroid 2) y cuyo eje de transmisión 2 hace
un ángulo θ con el eje de transmisión 1, entonces la intensidad de la luz láser medida por el
detector será igual:
I (θ) = I (0) cos2 θ …(demostrar la fórmula)
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A la relación anterior se le conoce como la ley de Malus, en honor al ingeniero militar francés
que en el siglo XIX descubrió dicho efecto.
Figura 6. Arreglo del experimento 2.
Monte el equipo como se muestra en la figura 6, varíe el ángulo θ y mida la intensidad de la luz,
como lo mide el detector y haga la siguiente tabla de valores.
TABLA
N
θ
cos θ
cos2 θ
I (θ)
grafique I vs. cos2 θ
Ajuste e interprete
1
parámetros
2
Experimento 3:
Polarización por reflexión mediante el uso de la doble torreta. Con la ayuda de una doble
torreta giratoria y una fuente de luz proveniente de un foco determinar el ángulo de Brewster de
dos superficies dieléctricas iguales.
superficie 1
torreta 1
E11
superficie 2
torreta 2
lámpara
Girando las torretas entre sí y
ajustando los ángulos de inclinación
de superficies 1 y 2 y con un
observador en mirilla delante de la
superficie 2, obtener la mínima
intensidad de luz desde esta mirilla.
Obtener θB y de allí nt (índice de
refracción de superficies 1 y 2), vea
qué material dieléctrico se aproxima
a este valor. Suponga ni = 1(aire), ver
figuras 6.
Figura 6. Polarización por reflexión en
doble Torreta.
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CUESTIONARIO
1. Aparte de luz polarizada linealmente también existe luz polarizada circular y elípticamente.
Describa brevemente la diferencia entre estos tipos de polarización.
2. Otras maneras de obtener luz polarizada a partir de luz no-polarizada es mediante los
fenómenos de birrefringencia y de la dispersión. Investigue y explique brevemente en que
consisten estos fenómenos.
3. Explique como es que los anteojos hechos de material polaroid eliminan reflejos. También
explique porqué los objetos sumergidos bajo el agua se ven mejor usando anteojos polaroid.
4. ¿Cómo se podría lograr que el plano de polarización de una onda linealmente polarizada gire
90°?.
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