Polarização da Luz
A polarização descreve a orientação do campo elétrico oscilante da luz, uma consequência da sua natureza de onda transversal com ampla aplicação prática.
Definition
A propriedade de uma onda eletromagnética transversal que especifica a orientação e rotação de seu vetor de campo elétrico, variando de estados lineares a elípticos e circulares.
Scope
Esta área trata da natureza vetorial da luz: a direção em que seu campo elétrico oscila. Abrange os estados de polarização linear, circular e elíptica e sua descrição matemática pelos formalismos de Jones e Stokes-Mueller; a produção e análise de luz polarizada por polarizadores e placas de onda; a interação da luz polarizada com meios anisotrópicos (birrefringentes) e opticamente ativos; e as mudanças de polarização que acompanham a reflexão e refração, conforme descrito pelas equações de Fresnel. Explica fenômenos ópticos que dependem da orientação do campo e fundamenta uma ampla gama de dispositivos e medições.
Sub-topics
Core questions
- O que significa a luz ser polarizada linearmente, circularmente ou elipticamente?
- Como a luz polarizada é produzida, transformada e analisada?
- Como os meios anisotrópicos alteram a polarização da luz?
- Como a reflexão altera a polarização da luz?
Key concepts
- polarização linear
- polarização circular
- polarização elíptica
- vetor de Jones
- parâmetros de Stokes
- birrefringência
- ângulo de Brewster
- atividade óptica
Key theories
- Estados de polarização e o cálculo de Jones
- O campo elétrico transversal da luz totalmente polarizada é descrito por um vetor de Jones de dois componentes, e os elementos ópticos atuam como matrizes de Jones, fornecendo uma álgebra compacta para prever como a polarização é transformada.
- Descrição de Stokes-Mueller da polarização parcial
- A luz parcialmente polarizada e não polarizada é descrita por quatro parâmetros de Stokes mensuráveis, com elementos ópticos representados por matrizes de Mueller, estendendo a análise de polarização para situações incoerentes e despolarizantes.
- Equações de Fresnel para reflexão
- As amplitudes das ondas refletidas e transmitidas dependem da polarização e do ângulo de incidência através das equações de Fresnel, prevendo efeitos como o ângulo de Brewster, no qual a luz refletida é totalmente polarizada.
Clinical relevance
A polarização é explorada na microscopia de luz polarizada para identificar cristais birrefringentes, como urato na gota, na polarimetria para medir glicose e outros solutos opticamente ativos, e em displays de cristal líquido e tomografia de coerência óptica sensível à polarização de tecidos.
History
Malus descobriu a polarização da luz por reflexão em 1808, e Brewster identificou o ângulo no qual a luz refletida é completamente polarizada. A teoria da onda transversal de Fresnel na década de 1820 explicou a polarização e a birrefringência, enquanto Stokes introduziu seus parâmetros em 1852 para descrever a luz parcialmente polarizada.
Key figures
- Étienne-Louis Malus
- Augustin-Jean Fresnel
- David Brewster
- George Gabriel Stokes
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Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- Por que os óculos de sol polarizados podem reduzir o brilho?
- A luz refletida de superfícies horizontais, como água ou estradas, é parcialmente polarizada horizontalmente; óculos de sol com um eixo de transmissão vertical bloqueiam grande parte desse brilho polarizado, enquanto permitem a passagem de outras luzes.
- A luz comum do sol ou de uma lâmpada é polarizada?
- Não; fontes térmicas emitem luz com direções de campo que variam rapidamente e são orientadas aleatoriamente, de modo que a luz não é polarizada até ser filtrada, refletida ou espalhada de uma forma que selecione uma orientação particular.