Polarització electromagnètica

En electrodinàmica clàssica, la polarització electromagnètica (o simplement polarització) és una característica de les ones, com la llum o altres radiacions electromagnètiques, que descriu la direcció de travessa d'un camp elèctric. De manera més general, la polarització d'una ona transversal descriu la direcció d'oscil·lació en el pla perpendicular a la direcció en què viatja l'ona. A diferència de fenòmens més familiars com les ones a l'aigua o les ones acústiques, que són ones longitudinals, no presenten polarització perquè en aquest tipus d'ones la direcció de l'oscil·lació és la mateixa que la de desplaçament de l'ona.

Aproximació teòrica

Ones Planes

La manifestació més simple de polarització que es pot observar és la d'una ona plana, que és una bona aproximació per a molts tipus d'ones lluminoses (una ona plana és una ona amb un front d'ona infinit en longitud i amplitud. Totes les ones electromagnètiques es propaguen al buit o en un material uniforme d'extesió infinita amb camps, elèctric i magnètic, que són perpendiculars a la direcció de propagació.

Per convenció, quan parlem de polarització només es considera el vector camp elèctric, el camp magnètic s'ignora atès que és perpendicular o proporcional al camp elèctric. El vector camp elèctric pot ser dividit arbitràriament en dos components perpendiculars anomenades x i y; z indicaria la direcció del desplaçament de l'ona. Per a una ona harmònica simple, a la qual l'amplitud del vector camp elèctric varia d'una manera sinusoïdal, els dos components ($x,y$) tenen la mateixa freqüència. No obstant això, aquests dos components tenen altres dues característiques definidores que poden ser diferents. Primera, els dos components poden no tenir la mateixa amplitud. Segona, els dos components poden no tenir la mateixa fase, és a dir, no assoleixen els seus màxims i mínims al mateix temps. Una descripció de l'estat de polarització seria la forma que traçaria sobre un pla fix el vector de camp elèctric a mesura que una ona plana el recorre, aquesta traça seria una corba de Lissajous.

Ona lluminosa amb un camp magnètic ${\vec {B}}$ i un camp elèctric ${\vec {E}}$ i un angle recte entre ambdós (en el cas d'una polarització rectilínia).

La figura que descriu el camp elèctric és una el·lipse, que pot esdevenir un cercle o aplanar-se en una línia. Aquestes diferents formes defineixen l'estat de polarització de l'ona, es parla d'ones polaritzades linealment, el·lípticament o circularment. Les tres imatges següents il·lustren l'evolució del camp elèctric per a cadascun dels tres casos:

Rectilini	Circular	El·líptic

A més, les ones es propaguen i, per tant, l'el·lipse que descriu el camp elèctric ${\vec {E}}$ és en realitat una hèlix. Les següents imatges mostren en tres dimensions alguns exemples de l'evolució del vector camp elèctric (en blau) al llarg del temps (l'eix vertical), amb els seus components x i y (vermell/esquerra i verd/dreta) i la traça que deixa el vector sobre el pla (porpra):

Polarització linear

Polarització linear

Polarització circular

Polarització circular

Polarització el·líptica

Polarització el·líptica

Radiació incoherent

A la natura, la radiació electromagnètica és produïda sovint per un gran conjunt de radiadors individuals que produeixen ones de manera independent. Aquest tipus de llum rep el nom d'incoherent. En general no hi ha una única freqüència sinó un espectre de diverses freqüències presents, i fins i tot filtrant arbitràriament per una gamma estreta de freqüències arbitràries és possible que no hi hagi un estat consistent de polarització. Tanmateix, això no significa que la polarització sigui tan sols una característica de la radiació coherent. La radiació incoherent pot mostrar una correlació estadística entre els components del camp elèctric, això es pot interpretar com una polarització parcial. En general és possible descriure un camp d'ona com la suma de la part incoherent (sense correlacions) i de la part polaritzada. Llavors podem descriure la llum en termes del grau de polarització i dels paràmetres de la polarització el·líptica.

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Polarització electromagnètica