Polarizzazione della luce

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Introduzione

Polarizzazione della luce Fenomeno ottico che riguarda la direzione di vibrazione del vettore campo elettrico di un’onda luminosa rispetto alla direzione di propagazione, e che consiste nella predominanza di una particolare direzione di vibrazione tra tutte quelle possibili. Normalmente, la luce ordinaria risulta non polarizzata; può risultare, invece, parzialmente o totalmente polarizzata se il mezzo che essa attraversa è caratterizzato da proprietà ottiche opportune.

Il fenomeno, scoperto nel XVII secolo da Christiaan Huygens, trova applicazione, ad esempio, in fotografia, per la realizzazione di filtri e lenti antiriflesso, o in astronomia: l’analisi dello stato di polarizzazione della luce proveniente da astri lontani, infatti, fornisce informazioni sul mezzo interstellare attraversato e sulla sorgente da cui la luce proviene.

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La luce è costituita da onde trasversali

Lo studio della polarizzazione della luce è di competenza di quella branca dell’ottica che prende il nome di ottica fisica, e che, a differenza dell’ottica geometrica, tiene conto della natura ondulatoria della luce. Ogni raggio luminoso, quindi, deve essere pensato come un treno di onde trasversali, le cui grandezze vibranti sono il campo elettrico e il campo magnetico. Convenzionalmente, si definisce piano di vibrazione quello in cui oscilla il vettore campo elettrico, e piano di polarizzazione quello a esso perpendicolare, in cui oscilla il vettore campo magnetico. Quando si studia un fenomeno ottico come quello della polarizzazione, si suole scomporre il vettore campo elettrico in due componenti, di cui una parallela e l’altra perpendicolare a una direzione significativa del sistema fisico analizzato. Ad esempio, nello studio dei fenomeni di riflessione e rifrazione, si scompone il vettore campo elettrico lungo la direzione parallela e perpendicolare al piano di incidenza.

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Luce ordinaria e luce polarizzata

Gli atomi di una sorgente di luce ordinaria emettono luce sotto forma di brevi impulsi. Ciascun impulso è costituito da un treno di onde elettromagnetiche pressoché monocromatiche (tutte della stessa lunghezza d’onda). Il vettore campo elettrico associato a ognuna di queste onde forma con la retta di propagazione un certo angolo, detto azimuth, che normalmente può assumere qualsiasi valore. All’interno di un treno di onde di luce naturale, gli azimuth sono distribuiti casualmente tra gli infiniti valori possibili: si parla quindi di luce ordinaria o non polarizzata. La luce risulta polarizzata, invece, se i vettori associati a ciascuna onda elementare hanno tutti lo stesso azimuth – se vibrano tutti nel medesimo piano. Più precisamente, un treno di onde siffatto si dice linearmente polarizzato. Esistono altri tipi di polarizzazione: si parla di polarizzazione circolare se il vettore campo elettrico non vibra costantemente su un piano, ma ruota intorno alla direzione di propagazione mantenendo sempre la stessa ampiezza. Si parla invece di polarizzazione ellittica se il vettore campo elettrico compie un’analoga rotazione intorno alla direzione di propagazione, ma variando l’ampiezza nel corso della rotazione in modo da descrivere con la “punta” una traiettoria ellissoidale.

La polarizzazione di un fascio di luce può essere completa o parziale; nel primo caso, tutte le onde che lo costituiscono sono caratterizzate dalla stessa direzione di polarizzazione; nel secondo, la polarizzazione riguarda soltanto una frazione delle onde che compongono il fascio.

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Meccanismi che producono luce polarizzata

Esistono diversi meccanismi che fanno di un fascio di luce ordinaria un fascio di luce polarizzata; i più noti sono la polarizzazione per riflessione, per rifrazione attraverso lamine sovrapposte, per dicroismo e per doppia rifrazione.