Tipos de polarización de ondas electromagnéticas

Según se ha estudiado en las páginas de introducción a los campos electromagnéticos, cualquier componente cartesiano de una onda puede escribirse como una suma de expresiones del tipo

U(x,y,z,t) = Re(A exp (iwt-imx-ivy-iwz))

que representan ondas planas. En particular, para un campo electromagnético, una onda plana se puede escribir

E = Re(e exp (iwt-imx-ivy-iwz))     H = Re(h exp (iwt-imx-ivy-iwz))

y entonces las ecuaciones de Maxwell en el vacío y sin fuentes quedan

 
Ñ·E = 0 Þ e ·k = 0
Ñ×E = - B

t
 

Þ e×k = mwh
Ñ·B = 0 Þ h ·k = 0
Ñ×B = me E

t
 

Þ h×k = -ewe
  ü
ï
ï
ï
ï
ï
ý
ï
ï
ï
ï
ï
þ
 
 

lo que indica el carácter transversal de las ondas electromagnéticas.

Para una dirección de propagación, existen dos componentes perpendiculares independientes para el campo eléctrico las cuales, una vez conocidas, determinan el campo de inducción magnética. Las amplitudes que venimos utilizando para describir los campos son cantidades complejas, que contienen información sobre el valor máximo y el desfase. Si el desfase es nulo, entonces los campos eléctrico y de inducción magnética siempre tienen la misma dirección (excepto cuando pasan por sus valores nulos). Se dice entonces que la onda plana está linealmente polarizada y su evolución puede visualizarse mediante el siguiente applet.

 

Sin embargo, en general, las dos componentes del campo eléctrico no se encuentran en fase (ni en oposición de fase), por lo que el extremo del campo eléctrico recorre una elipse cuya forma depende de los valores máximos y el desfase de las amplitudes. En el siguiente applet puede variar los valores máximos con las barras verticales y el desfase con la barra horizontal, observando la variación del vector campo eléctrico.

En general, la evolución es una elipse, lo que define la polarización elíptica, a no ser que degenere en una circunferencia (polarización circular). A su vez, según el sentido de rotación del campo eléctrico, la onda se puede encontrar polarizada positiva o negativamente.

Si se representa la variación del campo a lo largo de una línea, se tienen evoluciones del tipo hélice elíptica que se visualizan en los siguientes applets.

Algunos materiales absorben selectivamente una de  las componentes de una onda. Este fenómeno se denomina dicroísmo. Esta propiedad la exhiben los polarizadores de rejilla, los cristales dicroicos y los filtros polaroid. Se utilizan para producir ondas linealmente polarizadas.