La polarimetría es la medición e interpretación de la polarización de ondas transversales , especialmente las ondas electromagnéticas , como las de radio o las de luz . Normalmente la polarimetría se realiza sobre ondas electromagnéticas que han viajado o han sido reflejadas , refractadas o difractadas por algún material con el fin de caracterizar ese objeto. [1] [2]
Luz polarizada plana: Según la teoría ondulatoria de la luz , se considera que un rayo de luz ordinario vibra en todos los planos perpendiculares a la dirección de su propagación . Si este rayo de luz ordinario pasa a través de un prisma de nicol , el rayo emergente vibra sólo en un plano.
La polarimetría de películas y superficies delgadas 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 ondas. Por ejemplo, los radares suelen considerar 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 con polarización circular, resolver el número de rebotes de la señal recibida (la quiralidad) . de ondas polarizadas circularmente se alterna con cada reflexión).
En 2003, se informó sobre 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 funcionaron en regiones de radiación que van 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 adherido al transductor y al entrar en un absorbente acústico se difracta. La longitud de onda de los haces 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 fue desarrollada en el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. [3]
Los investigadores informaron datos del sistema de infrarrojo cercano visible (VISNIR) (0,4-0,9 micrómetros) que requerían una señal de RF por debajo de 1 W de potencia. Los datos experimentales informados indican que las firmas polarimétricas son exclusivas de los elementos 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 y las imágenes infrarrojas polarimétricas también pueden resaltar y distinguir diferentes características en una escena y dar firmas únicas de diferentes objetos. Una estructura metálica con chirrido nanoplasmónico para la detección polarimétrica en las bandas duales infrarrojas de onda media y larga puede proporcionar 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. Un examen adecuado puede requerir que se inspeccione la gema en varias posiciones y ángulos. [6] El polariscopio de un gemólogo es un dispositivo orientado verticalmente, generalmente con dos lentes polarizadoras una encima de la otra con algo de espacio entre ellas. Una fuente de luz está integrada en el polariscopio debajo de la lente polarizadora inferior y apuntando hacia arriba. Se colocará una piedra preciosa encima de la lente inferior y se podrá examinar adecuadamente mirándola a través de la lente superior. Para operar el polariscopio, un gemólogo puede girar las lentes polarizadas 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 a las ondas de luz que la atraviesan.
Se puede utilizar primero un polariscopio para determinar el carácter óptico de una gema y si se refracta individualmente (isotrópica), se refracta doblemente de manera anómala (isotrópica), se refracta doblemente (anisotrópica) o se agrega. Si la piedra tiene doble refracción y no es un agregado, se puede utilizar el polariscopio para determinar con mayor precisión 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] Finalmente, se puede usar 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 se hace en el radar polarimétrico de apertura sintética .
La polarimetría se puede utilizar para medir diversas propiedades ópticas de un material, incluida la birrefringencia lineal , la birrefringencia circular (también conocida como rotación óptica o dispersión rotatoria óptica), dicroísmo lineal , dicroísmo circular y 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 ondas u otros dispositivos.
La polarimetría se utiliza en muchas áreas de la astronomía para estudiar las características físicas de fuentes, incluidos núcleos y blazares galácticos activos , exoplanetas , gas y polvo en el medio interestelar , supernovas , explosiones de rayos gamma , rotación estelar , [9] campos magnéticos estelares, 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, a menudo presentan 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, se cortan sus vibraciones en todas las direcciones excepto en la dirección del eje del prisma. Se dice que la luz que emerge del prisma 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, entonces 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 ninguna luz. El primer prisma suele denominarse polarizador y el segundo prisma se denomina 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 Nicol u otro polarizador. Se hace brillar luz a través del tubo y el prisma en el otro extremo, unido a un ocular, se gira para llegar a la región de brillo total o a la región de semioscuridad, medio brillo o de oscuridad total. Luego se lee el ángulo de rotación en una escala. El mismo fenómeno se observa después de un ángulo de 180°. Entonces 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)
