La polarimetría es la medición e interpretación de la polarización de las ondas transversales , en particular las ondas electromagnéticas , como las ondas de radio o de luz . Normalmente, la polarimetría se realiza en ondas electromagnéticas que han viajado a través de algún material o que han sido reflejadas , refractadas o difractadas por él con el fin de caracterizar ese objeto. [1] [2]
Luz polarizada en un plano: según la teoría ondulatoria de la luz , se considera que un rayo de luz ordinario vibra en todos los planos que forman ángulos rectos con respecto a la dirección de su propagación . Si este rayo de luz ordinario pasa a través de un prisma de nicolín , el rayo emergente vibra sólo en un plano.
La polarimetría de películas delgadas y superficies se conoce comúnmente como elipsometría .
La polarimetría se utiliza en aplicaciones de teledetección , como la ciencia planetaria , la astronomía y el radar meteorológico .
La polarimetría también se puede incluir en el análisis computacional de las ondas. Por ejemplo, los radares suelen tener en cuenta la polarización de las ondas en el posprocesamiento para mejorar la caracterización de los objetivos. En este caso, la polarimetría se puede utilizar para estimar la textura fina de un material, ayudar a resolver la orientación de pequeñas estructuras en el objetivo y, cuando se utilizan antenas polarizadas circularmente, resolver el número de rebotes de la señal recibida (la quiralidad de las ondas polarizadas circularmente se alterna con cada reflexión).
En 2003, se presentó un generador de imágenes espectropolarimétrico de infrarrojo cercano visible (VNIR) con un filtro sintonizable acústico-óptico (AOTF). [3] Estos generadores de imágenes hiperespectrales y espectropolarimétricos funcionaban en regiones de radiación que abarcaban desde el ultravioleta (UV) hasta el infrarrojo de onda larga (LWIR). En los AOTF, un transductor piezoeléctrico convierte una señal de radiofrecuencia (RF) en una onda ultrasónica . Esta onda luego viaja a través de un cristal unido al transductor y, al ingresar a un absorbedor acústico, se difracta. La longitud de onda de los rayos de luz resultantes se puede modificar alterando la señal de RF inicial. [3] Las imágenes hiperespectrales VNIR y LWIR funcionan consistentemente mejor como generadores de imágenes hiperespectrales. [4] Esta tecnología se desarrolló en el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. [3]
Los investigadores informaron sobre datos del sistema de infrarrojo cercano visible (VISNIR) (0,4-0,9 micrómetros) que requerían una señal de RF con una potencia inferior a 1 W. Los datos experimentales informados indican que las firmas polarimétricas son exclusivas de los objetos fabricados por el hombre y no se encuentran en los objetos naturales. Los investigadores afirman que un sistema dual, que recopila información tanto hiperespectral como espectropolarimétrica, es una ventaja en la producción de imágenes para el seguimiento de objetivos. [3]
La detección e imagen por infrarrojos polarimétricos también pueden resaltar y distinguir diferentes características de una escena y brindar características únicas de diferentes objetos. Una estructura metálica nanoplasmónica con chirridos para la detección polarimétrica en las bandas duales de infrarrojos de onda media y onda larga puede brindar características únicas sobre los diferentes materiales, objetos y superficies detectados. [5]
Los gemólogos utilizan polariscopios para identificar diversas propiedades de las gemas que se examinan. Para realizar un examen adecuado, es posible que sea necesario inspeccionar la gema en diversas posiciones y ángulos. [6] El polariscopio de un gemólogo es un dispositivo orientado verticalmente, generalmente con dos lentes polarizadoras , una sobre la otra y con algo de espacio entre ellas. Una fuente de luz está incorporada en el polariscopio debajo de la lente polarizadora inferior y apuntando hacia arriba. Se colocará una piedra preciosa sobre la lente inferior y se puede examinar adecuadamente mirándola hacia abajo a través de la lente superior. Para operar el polariscopio, un gemólogo puede girar las lentes polarizadoras con la mano para observar varias características de una piedra preciosa. Los polariscopios utilizan sus filtros polarizadores para revelar las propiedades de una gema y cómo afecta las ondas de luz que pasan a través de ella.
En primer lugar, se puede utilizar un polariscopio para determinar el carácter óptico de una gema y si es monorresistente (isotrópica), doblemente refractante de forma anómala (isotrópica), doblemente refractante (anisótropa) o agregada. Si la piedra es doblemente refractante y no es un agregado, se puede utilizar el polariscopio para determinar además la figura óptica de la piedra preciosa, o si es uniaxial o biaxial. Este paso puede requerir el uso de una lupa , también conocida como conoscopio. [7] Por último, se puede utilizar un polariscopio para detectar el pleocroísmo de una piedra preciosa, aunque puede preferirse un dicroscopio para este propósito, ya que puede mostrar colores pleocroicos uno al lado del otro para una identificación más fácil.
Un polarímetro es el instrumento científico básico utilizado para realizar estas mediciones, aunque este término rara vez se utiliza para describir un proceso de polarimetría realizado por una computadora, como el que se hace en el radar de apertura sintética polarimétrico .
La polarimetría se puede utilizar para medir varias propiedades ópticas de un material, incluyendo la birrefringencia lineal , la birrefringencia circular (también conocida como rotación óptica o dispersión rotatoria óptica), el dicroísmo lineal , el dicroísmo circular y la dispersión . [8] Para medir estas diversas propiedades, ha habido muchos diseños de polarímetros, algunos arcaicos y otros en uso actual. Los más sensibles se basan en interferómetros , mientras que los polarímetros más convencionales se basan en disposiciones de filtros polarizadores , placas de onda u otros dispositivos.
La polarimetría se utiliza en muchas áreas de la astronomía para estudiar las características físicas de las fuentes, incluidos los núcleos galácticos activos y los blazares , los exoplanetas , el gas y el polvo en el medio interestelar , las supernovas , los estallidos de rayos gamma , la rotación estelar , [9] los campos magnéticos estelares, los discos de escombros , la reflexión en estrellas binarias [10] y la radiación cósmica de fondo de microondas . Las observaciones de polarimetría astronómica se llevan a cabo como polarimetría de imágenes, donde la polarización se mide en función de la posición en los datos de imágenes, o espectropolarimetría, donde la polarización se mide en función de la longitud de onda de la luz, o polarimetría de apertura de banda ancha.
Las muestras ópticamente activas , como las soluciones de moléculas quirales, suelen presentar birrefringencia circular . La birrefringencia circular provoca la rotación de la polarización de la luz polarizada plana a medida que pasa a través de la muestra.
En la luz ordinaria, las vibraciones se producen en todos los planos perpendiculares a la dirección de propagación. Cuando la luz pasa a través de un prisma de Nicol, sus vibraciones en todas las direcciones, excepto la dirección del eje del prisma, se cortan. La luz que emerge del prisma se dice que está polarizada en un plano porque su vibración es en una dirección. Si se colocan dos prismas de Nicol con sus planos de polarización paralelos entre sí, los rayos de luz que emergen del primer prisma entrarán en el segundo prisma. Como resultado, no se observa ninguna pérdida de luz. Sin embargo, si el segundo prisma se gira un ángulo de 90°, la luz que emerge del primer prisma es detenida por el segundo prisma y no emerge luz. El primer prisma suele llamarse polarizador y el segundo prisma analizador .
Un polarímetro sencillo para medir esta rotación consiste en un tubo largo con extremos de vidrio planos , en el que se coloca la muestra. En cada extremo del tubo hay un prisma de Nicol u otro polarizador. Se hace pasar la luz a través del tubo y el prisma del otro extremo, conectado a un ocular, se hace girar para llegar a la región de brillo completo o a la de semioscuridad, semibrillante o de oscuridad total. A continuación, se lee el ángulo de rotación en una escala. El mismo fenómeno se observa después de un ángulo de 180°. A continuación, se puede calcular la rotación específica de la muestra. La temperatura puede afectar la rotación de la luz, lo que debe tenerse en cuenta en los cálculos.
dónde:
![{\displaystyle [\alpha ]_{\lambda }^{T}=100\alpha /l\rho \,\!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/051d259a30ee0db7c2c10aa55f516fa489a12f1c)
