En electrodinámica , la polarización elíptica es la polarización de la radiación electromagnética de modo que la punta del vector del campo eléctrico describe una elipse en cualquier plano fijo que interseque y sea normal a la dirección de propagación. Una onda elípticamente polarizada se puede descomponer en dos ondas linealmente polarizadas en cuadratura de fase , con sus planos de polarización en ángulo recto entre sí. Dado que el campo eléctrico puede girar en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj a medida que se propaga, las ondas elípticamente polarizadas exhiben quiralidad .
La polarización circular y la polarización lineal pueden considerarse casos especiales de polarización elíptica . Esta terminología fue introducida por Augustin-Jean Fresnel en 1822, [1] antes de que se conociera la naturaleza electromagnética de las ondas de luz.
La solución clásica de onda plana sinusoidal de la ecuación de onda electromagnética para los campos eléctrico y magnético es ( unidades gaussianas )
para el campo magnético, donde k es el número de onda ,
es la frecuencia angular de la onda que se propaga en la dirección +z, y es la velocidad de la luz .
Aquí está la amplitud del campo y
es el vector de Jones normalizado . Ésta es la representación más completa de la radiación electromagnética polarizada y corresponde en general a la polarización elíptica.
En un punto fijo en el espacio (o para z fijo), el vector eléctrico traza una elipse en el plano xy. Los ejes semimayor y semimenor de la elipse tienen longitudes A y B, respectivamente, que están dadas por
y
donde con las fases y . La orientación de la elipse viene dada por el ángulo que forma el semieje mayor con el eje x. Este ángulo se puede calcular a partir de
Si , la onda está polarizada linealmente . La elipse se colapsa formando una línea recta orientada en ángulo . Este es el caso de la superposición de dos movimientos armónicos simples (en fase), uno en la dirección x con una amplitud , y el otro en la dirección y con una amplitud . Cuando aumenta desde cero, es decir, asume valores positivos, la línea evoluciona hacia una elipse que se traza en el sentido contrario a las agujas del reloj (mirando en la dirección de la onda que se propaga); esto corresponde entonces a una polarización elíptica hacia la izquierda ; el semieje mayor ahora está orientado en un ángulo . De manera similar, si se vuelve negativa a partir de cero, la línea evoluciona hacia una elipse que se traza en el sentido de las agujas del reloj; esto corresponde a la polarización elíptica hacia la derecha .
Si y , es decir, la onda está polarizada circularmente . Cuando , la onda está polarizada circularmente a la izquierda y cuando , la onda está polarizada circularmente a la derecha.
Cualquier polarización fija se puede describir en términos de la forma y orientación de la elipse de polarización, que está definida por dos parámetros: relación axial AR y ángulo de inclinación . La relación axial es la relación entre las longitudes de los ejes mayor y menor de la elipse, y siempre es mayor o igual a uno.
Alternativamente, la polarización se puede representar como un punto en la superficie de la esfera de Poincaré , con la longitud y la latitud , donde . El signo utilizado en el argumento de depende de la lateralidad de la polarización. Positivo indica polarización izquierda, mientras que negativo indica polarización derecha, según lo define IEEE.
Para el caso especial de polarización circular , la relación axial es igual a 1 (o 0 dB) y el ángulo de inclinación no está definido. Para el caso especial de polarización lineal , la relación axial es infinita.
La luz reflejada por algunos escarabajos (por ejemplo, Cetonia aurata ) está polarizada elípticamente. [2]