Compartilhamento de conhecimento óptico-polarização óptica 2

2.2 Estados básicos de polarização

A. Polarização elíptica

A polarização elíptica é o estado de polarização mais fundamental. Neste caso, os dois componentes do campo elétrico têm uma diferença de fase constante (um se propaga mais rápido, o outro mais lento), e a diferença de fase não é um múltiplo inteiro de (\ pi/2 ). As amplitudes podem ser iguais ou diferentes. Quando visto ao longo da direção de propagação, a trajetória do ponto final do vetor do campo elétrico delineará uma elipse, conforme mostrado na figura abaixo:

B. Polarização Linear

A polarização linear é uma forma especial de polarização elíptica. Nesse caso, os dois componentes de campo elétrico não têm diferença de fase e o vetor de campo elétrico oscila em um único plano. Quando visto ao longo da direção de propagação, a trajetória do ponto final do vetor do campo elétrico é uma linha reta. Se as amplitudes dos dois componentes forem as mesmas, isso resulta em polarização linear de 45 graus, conforme mostrado na figura abaixo:

C. Polarização Circular

A polarização circular é outra forma especial de polarização elíptica. Neste caso, os dois componentes de campo elétrico têm uma diferença de fase de 90 graus e a mesma amplitude. Quando visto ao longo da direção de propagação, a trajetória do ponto final do vetor do campo elétrico é um círculo, conforme mostrado na figura abaixo:

2.3 Classificação de fontes de luz por polarização

A luz emitida diretamente de fontes de luz comuns é uma coleção irregular de inúmeras luzes polarizadas, portanto, não é possível observar nenhuma direção preferida da intensidade da luz diretamente. Este tipo de luz, que tem a mesma intensidade em todas as direções de vibração, é chamado de luz natural. Ele tem estados de polarização variáveis aleatoriamente e diferenças de fase, incluindo todas as direções de vibração possíveis perpendiculares à direção de propagação da luz, e não exibe polarização. Exemplos comuns de luz natural incluem luz solar e luz de lâmpadas domésticas.

A luz completamente polarizada tem uma direção de oscilação de onda eletromagnética estável, com os dois componentes do campo elétrico tendo uma diferença de fase constante. Inclui a luz polarizada linearmente mencionada acima, luz polarizada elipticamente e luz polarizada circularmente.

A luz parcialmente polarizada contém componentes de luz natural e luz polarizada. Por exemplo, os feixes de laser que costumamos usar não são completamente polarizados nem não polarizados, portanto, pertencem à luz parcialmente polarizada. Para quantificar a proporção de luz polarizada na intensidade total da luz, o conceito de Grau de Polarização (DOP) é introduzido. É a razão entre a intensidade da luz polarizada e a intensidade total da luz, variando de 0 a 1, onde 0 indica luz não polarizada e 1 indica luz completamente polarizada. Além disso, o Grau de Polarização Linear (DOLP) é a razão entre a intensidade da luz polarizada linearmente e a intensidade total da luz, e o Grau de Polarização Circular (DOCP) é a razão entre a intensidade da luz polarizada circularmente e a intensidade total da luz. Na vida cotidiana, a luz emitida por luzes LED comuns também é luz parcialmente polarizada.

2.4 Conversão entre Estados de polarização

Muitos componentes ópticos podem afetar o estado de polarização de um feixe de luz. Esses efeitos às vezes podem ser desejados pelo usuário e às vezes não. Por exemplo, quando um feixe de luz é refletido, seu estado de polarização geralmente muda. Tomando a luz natural como exemplo, depois de ser refletida na superfície da água, ela se torna uma luz parcialmente polarizada. Enquanto o feixe de luz não for refletido ou não passar por nenhum meio polarizador, seu estado de polarização permanece estável.

Para alterar quantitativamente o estado de polarização de um feixe de luz, componentes ópticos polarizadores podem ser usados. Por exemplo, uma placa de um quarto de onda é um componente de polarização comum feito de material de cristal birrefringente, com um eixo rápido e um eixo lento. Pode atrasar a fase do vetor de campo elétrico paralelo ao eixo lento por (\ pi/2 ) (90 °), enquanto o vetor de campo elétrico paralelo ao eixo rápido não apresenta atrasos. Assim, quando a luz polarizada linearmente com um ângulo de polarização de 45 grausE é incidente em uma placa de um quarto de onda, o feixe de luz transmitido torna-se luz polarizada circularmente, conforme mostrado na figura abaixo. Primeiro, um polarizador linear converte a luz natural em luz polarizada linearmente e, em seguida, a luz polarizada linearmente passa pela placa de um quarto de onda, tornando-se luz polarizada circularmente, sem mudança na intensidade da luz. Da mesma forma, quando o feixe de luz se propaga na direção reversa, a luz polarizada circularmente com um ângulo de polarização de 45 graus incidente na placa de um quarto de onda torna-se luz polarizada linearmente.

Usando uma esfera integradora mencionada em artigos anteriores, a luz polarizada linearmente pode ser convertida em luz não polarizada. Quando a luz polarizada linearmente entra na esfera de integração, ela sofre múltiplos reflexos dentro da esfera, interrompendo a vibração do campo elétrico. Isso resulta em luz não polarizada na extremidade de saída da esfera de integração.

Luz polarizada 2,5 P, luz polarizada S e ângulo de Brewster

A luz polarizada P e a luz polarizada S são ambas luz polarizada linearmente com direções de polarização perpendicular. Eles são significativos ao considerar a reflexão e a refração dos feixes de luz. Como mostrado na figura abaixo, quando um feixe de luz é incidente em uma superfície, formando feixes refletidos e refratados, o plano formado pelo feixe de luz incidente e o normal é definido como o plano de incidência. A luz polarizada P (da palavra alemã “Paralelo”) é luz com uma direção de polarização paralela ao plano de incidência, enquanto a luz S-polarizada (da palavra alemã “Senkrecht”) é leve com uma direção de polarização perpendicular ao plano de incidência.

P-Luz polarizada e S-polarizada

Em circunstâncias normais, quando a luz natural é refletida e refratada na interface de um dielétrico, a luz refletida e refratada são parcialmente polarizadas. Somente quando o ângulo de incidência está em um ângulo específico, o estado de polarização da luz refletida é completamente S-polarizado (perpendicular ao plano de incidência), e o estado de polarização da luz refratada é quase inteiramente P-polarizado (paralelo ao plano de incidência). Esse ângulo de incidência específico é chamado de ângulo de Brewster. Quando a luz é incidente no ângulo de Brewster, a luz refletida e a luz refratada são perpendiculares entre si. Utilizando essa característica, a luz polarizada linearmente pode ser gerada.