La polarimetría es la medición e interpretación de la polarización de ondas transversales , sobre todo las ondas electromagnéticas , como las ondas de radio o de luz. Normalmente, la polarimetría se realiza sobre ondas electromagnéticas que han viajado o han sido reflejadas , refractadas o difractadas por algún material para caracterizar ese objeto. [1] [2]
Luz polarizada plana:
De acuerdo con la teoría ondulatoria de la luz, se considera que un rayo de luz ordinario vibra en todos los planos de ángulos rectos a la dirección de su propagación. Si este rayo de luz ordinario pasa a través de un prisma de nicol, el rayo emergente tiene su vibración solo en un plano.
Aplicaciones
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 los radares meteorológicos .
La polarimetría también se puede incluir en el análisis computacional de ondas. Por ejemplo, los radares a menudo consideran la polarización de ondas en el posprocesamiento para mejorar la caracterización de los objetivos. En este caso, la polarimetría puede usarse para estimar la textura fina de un material, ayudar a resolver la orientación de estructuras pequeñas en el objetivo y, cuando se usan antenas polarizadas circularmente, resolver el número de rebotes de la señal recibida (la quiralidad de ondas polarizadas circularmente se alterna con cada reflexión).
Imagen
En 2003 , se informó sobre un generador de imágenes espectropolarimétrico IR visible cercano (VNIR) con un filtro sintonizable acústico-óptico (AOTF). [3] Estos generadores de imágenes hiperespectrales y espectropolarimétricos funcionaban en regiones de radiación que iban desde el ultravioleta (UV) hasta el infrarrojo de onda larga (LWIR). En 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 constantemente mejor como generadores de imágenes hiperespectrales. [4] Esta tecnología fue desarrollada en el Laboratorio de Investigación del Ejército de Estados Unidos. [3]
Los investigadores informaron datos del sistema de infrarrojo cercano visible (VISNIR) (.4-.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 artificiales 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]
Equipo
Un polarímetro es el instrumento científico básico que se utiliza 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 un radar polarimétrico de apertura sintética .
La polarimetría se puede utilizar para medir varias 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 . [5] Para medir estas diversas propiedades, ha habido muchos diseños de polarímetros, algunos arcaicos y otros de 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.
Polarimetría astronómica
La polarimetría se utiliza en muchas áreas de la astronomía para estudiar las características físicas de las fuentes, incluidos los núcleos galácticos activos y blazares , exoplanetas , gas y polvo en el medio interestelar , supernovas , estallidos de rayos gamma , rotación estelar , [6] campos magnéticos estelares, discos de escombros. , la reflexión en estrellas binarias [7] 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 como una función de la posición en los datos de imágenes, o espectropolarimetría, donde la polarización se mide como una función de la longitud de onda de la luz, o polarimetría de apertura de banda ancha.
Medición de la rotación óptica
Las muestras ópticamente activas , como las soluciones de moléculas quirales, a menudo exhiben 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 luz ordinaria, las vibraciones ocurren en todos los planos perpendiculares a la dirección de propagación. Cuando la luz pasa a través de un prisma Nicol, sus vibraciones en todas las direcciones, excepto la dirección del eje del prisma, se cortan. 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, los rayos de luz que emergen del primer prisma entrarán en el segundo prisma. Como resultado, no se observa pérdida de luz. Sin embargo, si el segundo prisma se gira en 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 generalmente se llama polarizador y el segundo prisma se llama analizador .
Un simple polarímetro para medir esta rotación consiste en un tubo largo con extremos planos de vidrio , en el que se coloca la muestra. En cada extremo del tubo hay un prisma Nicol u otro polarizador. La luz se hace brillar a través del tubo y el prisma del otro extremo, unido a un ocular, se gira para llegar a la región de brillo completo o la de la mitad de la oscuridad, la mitad de la brillante o la de la oscuridad completa. 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:
- [α] λ T es la rotación específica.
- T es la temperatura.
- λ es la longitud de onda de la luz.
- α es el ángulo de rotación.
- l es la longitud del tubo del polarímetro .
- es la concentración másica de la solución.
Ver también
- Elipsometría
Referencias
- ^ Mishchenko, MI; Yatskiv, YS; Rosenbush, VK; Videen, G., eds. (2011). Detección polarimétrica, caracterización y teledetección, Actas del Instituto de estudios avanzados de la OTAN sobre técnicas especiales de detección (polarimetría) y teledetección Yalta, Ucrania, del 20 de septiembre al 1 de octubre de 2010, Serie: Ciencia de la OTAN para la paz y la seguridad Serie C: Seguridad medioambiental . Ciencia de la OTAN para la paz y la seguridad Serie C: Seguridad ambiental (1ª ed.). Saltador. ISBN 9789400716353.
- ^ Tinbergen, Jaap (2007). Polarimetría astronómica . Prensa de la Universidad de Cambridge . ISBN 978-0-521-01858-6.
- ^ a b c d Goldberg, A .; Stann, B .; Gupta, N. (julio de 2003). "Investigación de imágenes multiespectrales, hiperespectrales y tridimensionales en el laboratorio de investigación del ejército de Estados Unidos" (PDF) . Actas de la Conferencia Internacional sobre Fusión Internacional [6ª] . 1 : 499–506.
- ^ Makki, Ihab; Younes, Rafic; Francis, Clovis; Bianchi, Tiziano; Zucchetti, Massimo (1 de febrero de 2017). "Una encuesta de detección de minas terrestres mediante imágenes hiperespectrales" (PDF) . Revista ISPRS de Fotogrametría y Percepción Remota . 124 : 40–53. Código bibliográfico : 2017JPRS..124 ... 40M . doi : 10.1016 / j.isprsjprs.2016.12.009 . ISSN 0924-2716 .
- ^ V. Tuchin (2000). Métodos e instrumentos de dispersión de luz de óptica tisular para diagnóstico médico . Sociedad de Fotoóptica. ISBN 978-0-8194-3459-3.
- ^ Algodón, Daniel V; Bailey, Jeremy; Howarth, Ian D; Bott, Kimberly; Kedziora-Chudczer, Lucyna; Lucas, P. W; Hough, J. H (2017). "Polarización debido a la distorsión rotacional en la estrella brillante Regulus". Astronomía de la naturaleza . 1 (10): 690–696. arXiv : 1804.06576 . Código Bibliográfico : 2017NatAs ... 1..690C . doi : 10.1038 / s41550-017-0238-6 . S2CID 53560815 .
- ^ Bailey, Jeremy; Cotton, Daniel V .; Kedziora-Chudczer, Lucyna; De Horta, Ain; Maybour, Darren (1 de abril de 2019). "Luz reflejada polarizada del sistema binario Spica". Astronomía de la naturaleza . 3 (7): 636–641. arXiv : 1904.01195 . Código Bibliográfico : 2019NatAs ... 3..636B . doi : 10.1038 / s41550-019-0738-7 . S2CID 131977662 .
enlaces externos
- Polariscope: instrumento Gemstone Buzz para medir las propiedades ópticas.
- Proyecto de la UE NanoCharM nanocharm.org