O QUE É LUZ POLARIZADA? - FISICA - 2025

A luz polarizada é radiação eletromagnética vibrando em um plano perpendicular à direção de propagação. A vibração em um plano significa que o vetor campo elétrico da onda de luz oscila paralelo a um espaço de duas componentes retangulares, como é o caso no plano xy de polarização.

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 de propagação. Quando apenas uma parte da radiação está restrita a oscilar em um único plano, diz-se que a luz está polarizada.

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

Uma forma de obter luz polarizada é incidir um raio de luz em um filtro polarizador, que consiste em uma estrutura polimérica orientada em uma única direção, permitindo que apenas as ondas que oscilam no mesmo plano passem enquanto o restante das ondas é absorvido..

O raio de luz que passa pelo filtro tem intensidade menor que o raio incidente. Esse recurso é uma forma 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 linear, circular ou elíptica, dependendo da direção da propagação da onda. Além disso, a luz polarizada pode ser obtida por processos físicos, como reflexão, refração, difração e birrefringência.

Luz linearmente polarizada

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

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

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

Luz polarizada circular

A onda de luz cujo vetor de campo elétrico oscila de forma circular no mesmo plano perpendicular à propagação, é circularmente polarizada. Neste 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 são sobrepostas perpendicularmente uma à outra, 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 orientado no sentido horário ou anti-horário de rotação.

A superposição de duas ondas de luz perpendiculares entre si, uma com polarização linear e outra com polarização circular, e com deslocamento de fase 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 de reflexão

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

O feixe de luz refletido é linearmente polarizado por oscilação em um plano perpendicular à direção de propagação e seu grau de polarização depende do ângulo de incidência.

O ângulo de incidência pelo qual o feixe de luz refletido é totalmente polarizado é chamado de ângulo de Brewster (θ _B)

Luz polarizada de refração

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

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

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

Espalhamento de luz polarizada

A luz que incide sobre pequenas partículas suspensas em um meio é absorvida por sua estrutura atômica. O campo elétrico induzido nos 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 são desviados em todas as direções possíveis.

Os fótons emitidos constituem um conjunto de ondas de luz espalhadas pelas partículas. A porção da luz espalhada perpendicular ao feixe de luz incidente é linearmente polarizada. A outra parte da luz espalhada na direção paralela não é polarizada, o resto da luz espalhada pelas partículas é parcialmente polarizada.

O espalhamento de partículas com um tamanho comparável ao comprimento de onda da luz incidente é chamado de espalhamento de Rayleigh. Este tipo de espalhamento permite explicar a cor azul do céu ou a cor vermelha do pôr do sol.

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

Luz polarizada birrefringência

A birrefringência é uma propriedade característica de alguns materiais, como calcita e quartzo, que apresentam dois índices de refração. A luz polarizada birrefringente é obtida quando um raio de luz incide sobre um material birrefringente, separando-se em um raio refletido e dois raios refratados.

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

Referências

1. Goldstein, D. Polarized Light. Nova York: Marcel Dekker, Inc., 2003.
2. Jenkins, FA e White, H E. Fundamentals of Optics. NY: McGraw Hill Higher Education, 2001.
3. Saleh, Bahaa E. A e Teich, M C. Fundamentals of photonics. 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 espalhamento de luz por pequenas partículas. Canadá: Jhon Wiley & Sons, 1998.