Polarizzazione

La polarizzazione descrive l’orientamento dell’oscillazione di un’onda trasversale. Per la luce, viene convenzionalmente definita dalla direzione del campo elettrico. I polarizzatori rendono questo orientamento misurabile e controllabile.

Che cosa significa che la luce è polarizzata

Unpolarized light and linearly polarized light after a polarizer molti orientamenti trasversali asse del polarizzatore rimane una sola polarizzazione lineare
La polarizzazione rivela il carattere trasversale delle onde elettromagnetiche. Un polarizzatore lineare seleziona la componente del campo elettrico lungo il proprio asse di trasmissione.

La luce non polarizzata contiene orientamenti trasversali che variano rapidamente. La luce polarizzata linearmente ha una direzione definita del campo elettrico. Il suono longitudinale nell’aria non possiede lo stesso grado di libertà di polarizzazione.

Un polarizzatore lineare ideale

Un polarizzatore ideale trasmette la componente del campo elettrico lungo il proprio asse. Per luce non polarizzata, l’intensità media trasmessa dopo il primo polarizzatore ideale è I = I_non pol/2.

Two polarizer axes separated by an angle theta prima direzione di polarizzazione θasse dell’analizzatoreI = I₀ cos² θ per luce già polarizzata
La legge di Malus dipende dall’angolo tra la direzione di polarizzazione e l’asse dell’analizzatore. Assi paralleli trasmettono l’intensità massima; assi ideali incrociati danno intensità nulla.

Legge di Malus

I = I₀ cos² θ

I₀ è l’intensità della luce già polarizzata prima dell’analizzatore; θ è l’angolo tra quella polarizzazione e l’asse dell’analizzatore.

Esploratore della legge di Malus

0°

Non applicare automaticamente di nuovo il fattore 1/2 se I₀ descrive già luce polarizzata incidente sull’analizzatore.

La riflessione può polarizzare la luce

La riflessione su superfici non metalliche spesso favorisce una polarizzazione; per questo gli occhiali da sole polarizzati possono ridurre i riflessi abbaglianti di strade e acqua. All’angolo di Brewster, i raggi riflesso e rifratto sono perpendicolari e la luce riflessa è idealmente completamente polarizzata in una direzione.

I polarizzatori reali assorbono e diffondono parte della luce, quindi la trasmissione misurata non è perfettamente ideale.

Tre controlli prima di usare la legge di Malus

Per prima cosa stabilisci se la luce incidente è già polarizzata. Poi individua la direzione di polarizzazione immediatamente prima dell’analizzatore. Infine misura θ tra quella direzione e l’asse dell’analizzatore. Solo a quel punto applica I = I₀ cos²θ.

Se la luce iniziale è non polarizzata e ideale, il primo polarizzatore trasmette in media metà dell’intensità incidente; la legge di Malus si applica poi agli analizzatori successivi. I materiali reali hanno trasmissione finita ed estinzione imperfetta, quindi i valori di laboratorio non devono necessariamente raggiungere i limiti ideali dello 0 o del 100%.

Esempi svolti

1. Malus a 60°

Luce polarizzata linearmente di intensità 80 W·m⁻² raggiunge un analizzatore a 60°. Trova l’intensità trasmessa.

Soluzione

I = I₀ cos²60° = 80(0,5)² = 20 W·m⁻².

2. Primo polarizzatore con luce non polarizzata

Luce ideale non polarizzata di intensità 100 W·m⁻² attraversa un polarizzatore ideale. Qual è l’intensità media trasmessa?

Soluzione

Un primo polarizzatore ideale trasmette in media metà dell’intensità non polarizzata: 50 W·m⁻².

3. Due polarizzatori ideali incrociati

La luce polarizzata linearmente è allineata con il primo polarizzatore e un secondo polarizzatore ideale è a 90°. Che cosa prevede la legge di Malus?

Soluzione

I = I₀ cos²90° = 0 nel modello ideale.