Cartilla de Microscopía de Expresiones Moleculares: Técnicas especializadas – Brewster’s Angle-Tutorial Interactivo de Java
Microscopía de luz polarizada
Tutoriales interactivos de Java
Ángulo de Brewster
La luz que se refleja desde la superficie plana de un material dieléctrico (o aislante) a menudo está parcialmente polarizada, con los vectores eléctricos de la luz reflejada vibrando en un plano paralelo a la superficie del material. Ejemplos comunes de superficies que reflejan la luz polarizada son el agua, el vidrio, las láminas de plástico y las carreteras. En estos casos, las ondas de luz que tienen vectores de campo eléctrico paralelos a la superficie se reflejan en mayor grado que las que tienen orientaciones diferentes. Este tutorial muestra el efecto de polarización en la luz reflejada en un ángulo específico (el ángulo de Brewster) desde un medio transparente.
El tutorial se inicializa con un rayo de luz incidente que tiene una longitud de onda preseleccionada (426 nanómetros) que afecta la superficie de un medio dieléctrico rectangular de índice de refracción específico. Para utilizar el tutorial, utilice el regulador de Índice de refracción para variar el valor entre 1.0 y 3.0. A medida que se traduce este deslizador, el ángulo de onda de luz incidente cambia para mantener el ángulo Brewster correcto para la reflexión de la luz polarizada. El deslizador de longitud de onda se puede utilizar para ajustar la longitud de onda de la onda de luz incidente. Aunque variar la longitud de onda no tiene relación con los cálculos de ángulo de Brewster, puede ayudar a mejorar el contraste para permitir una visualización más fácil del tutorial. Al mover el deslizador de ángulo de visión, gira la orientación rectangular del medio para ofrecer diferentes vistas en perspectiva del fenómeno.
Las propiedades ópticas de la superficie aislante determinan la cantidad exacta de luz reflejada que está polarizada. Los espejos no son buenos polarizadores, aunque un amplio espectro de materiales transparentes actúan como muy buenos polarizadores, pero solo si el ángulo de luz incidente está orientado dentro de ciertos límites. Una propiedad importante de la luz polarizada reflejada es que el grado de polarización depende del ángulo incidente de la luz, observándose cantidades crecientes de polarización para disminuir los ángulos incidentes.
Al considerar la incidencia de luz no polarizada en una superficie aislante plana, hay un ángulo único en el que las ondas de luz reflejadas están polarizadas en un solo plano. Este ángulo se conoce comúnmente como ángulo de Brewster, y se puede calcular fácilmente utilizando la siguiente ecuación para un haz de luz que viaja a través del aire:
donde n es el índice de refracción del medio desde el que se refleja la luz, q(i) es el ángulo de incidencia y q(r) es el ángulo de refracción. Al examinar la ecuación, se hace obvio que el índice de refracción de un espécimen desconocido puede determinarse por el ángulo de Brewster. Esta característica es particularmente útil en el caso de materiales opacos que tienen altos coeficientes de absorción para la luz transmitida, haciendo inaplicable la fórmula habitual de la Ley de Snell. La determinación de la cantidad de polarización a través de técnicas de reflexión también facilita la búsqueda del eje polarizador en una hoja de película polarizadora que no está marcada.
El principio detrás del ángulo de Brewster se ilustra en la Figura 1 para un solo rayo de luz que se refleja desde la superficie plana de un medio transparente con un índice de refracción más alto que el aire. El rayo incidente se dibuja con solo dos planos de vibración vectoriales eléctricos, pero está destinado a representar la luz que tiene vibraciones en todos los planos perpendiculares a la dirección de propagación. Cuando el haz llega a la superficie en un ángulo crítico (ángulo de Brewster; representado por la variable q en la Figura 1), el grado de polarización del haz reflejado es del 100 por ciento, con la orientación de los vectores eléctricos perpendiculares al plano de incidencia y paralelos a la superficie reflectante. El plano de incidencia se define por las ondas incidentales, refractadas y reflejadas. El rayo refractado está orientado en un ángulo de 90 grados con respecto al rayo reflejado y solo está parcialmente polarizado.
Para agua (índice de refracción de 1,333), vidrio (índice de refracción de 1.515) y diamante (índice de refracción de 2,417), los ángulos críticos (Brewster) son 53, 57 y 67,5 grados, respectivamente. La luz reflejada desde la superficie de una carretera en el ángulo de Brewster a menudo produce un resplandor molesto y molesto, que se puede demostrar con bastante facilidad al ver la parte distante de una carretera o la superficie de una piscina en un día caluroso y soleado. Los láseres modernos comúnmente aprovechan el ángulo de Brewster para producir luz polarizada linealmente a partir de reflejos en las superficies espejadas ubicadas cerca de los extremos de la cavidad del láser.
Autores colaboradores
Mortimer Abramowitz-Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Melville, Nueva York, 11747.
John C. Long, Matthew J. Parry-Hill, y Michael W. Davidson-National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.
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