Practica

Laboratorio de Óptica, Facultad de Ciencias Universidad Nacional Autónoma de México

P6. Retardadores de Fase (Polarización Circular) Rodríguez Ramírez Jorge Mauricio, Esquivel Carrillo Carlos Andrés, Aguilar Gutiérrez Amanda, (mesa 5) Facultad de Ciencias, UNAM, México D. F. (Fecha de entrega: 11/10/16) Resumen En el reporte presente, se realizaron algunos experimentos sobre retardadores de fase, se hablo sobre los retardadores de fase de ½ onda al igual que el de ¼ de onda. También se realizaron experimentos con algunos materiales, para ver si se trataban de retardadores o no.

Objetivos 1. producir luz circularmente polarizada haciendo pasar luz por un polarizador y un retardador de fase de ¼ de onda. 2. Demostrar que al pasar luz circularmente polarizada por un retardador de fase de ¼ de onda alineado con el primero más un polarizador lineal alineado con el primero, este filtra la luz en dirección contraria. 3. Analizar la polarización que pasa por un polarizador lineal y un retardador de fase de ½ de onda alineado a 45° del eje rápido del polarizador 4. graficar intensidad vs ángulo donde el ángulo es el de rotación del retardador, con respecto al primer polarizador. 5. Analizar si la cinta adhesiva, celofán, Lucita y vidrio son retardadores de fase.

1. INTRODUCCIÓN Como se ha visto en el reporte pasado, la luz proveniente de alguna fuente de luz, puede ser polarizada de 3 formas, lineal, circular y elíptica siendo la elíptica la polarización mas general que hay. Hablaremos acerca ahora de la polarización Circular, Este tipo de polarización de la luz tiene usos en lo que son películas en 3D pues los lentes que se usan para poder observar imágenes que parecen salir de la pantalla son polarizadores que a la vez tienen un material pegado en una parte del polarizador, estos tipos de materiales son conocidos como retardadores de fase. Un retardador de fase es un dispositivo óptico el cual puede alterar el estado de polarización de la luz. Los dos tipos de retardadores de fase que se conocen son el de ½ y ¼ de onda. Las siguientes figuras nos da una visualización de lo que ocurre con cada uno de los retardadores de fase.

Fig.2 Retardador de fase de ½ de onda , La figura nos muestra lo que sucede cuando luz proveniente de alguna fuente ya polarizada linealmente, pasa por el retardador de fase, podemos ver que si entra a un cierto ángulo por el dispositivo de retardador, solo cambia la dirección de polarización es decir, si la luz estaba verticalmente polarizada, entonces pasa a ser horizontalmente polarizada al pasar por el dispositivo óptico de retardador de fase.

Teniendo esto en cuenta, se realizaron los experimentos que involucran a estos retardadores de fase. Se intento demostrar que efectivamente estos dispositivos convierten a la luz polarizada linealmente a luz polarizada circularmente o solo un cambio de posición vertical u horizontal.

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL. Fig.1 Retardador de fase de ¼ de onda. La figura nos muestra lo que sucede con la luz no polarizada que incide por un polarizador lineal y después al pasar por un dispositivo de retardador de fase de ¼ de onda, la luz que sale esta circularmente polarizada con dirección en el sentido de las manecillas del reloj.

Para realizar los experimentos de retardadores de fase se utilizaron los siguientes materiales: 1

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1 Lámpara colimadora. 1 retardador de fase de ¼ de onda 1 retardador de fase de ½ de onda 2 polarizadores Vidrio, Lucita, celofán, diurex 5 carritos.

Primero, se colocaron 5 carritos sobre la base que tiene la mesa para los carritos, luego se colocó la lámpara colimadora hasta uno de los extremos de la base. Después se coloco un polarizador lineal delante de nuestra lámpara colimadora. Igual que lo anterior se colocó un retardador de fase de ¼ de onda delante del polarizador y enseguida del retardador de fase se coloco un segundo polarizador. Teniendo colocado estos dispositivos, se colocó por ultimo nuestro detector de intensidad, delante del último polarizador colocado. Nuestra siguiente figura nos muestra el montaje de dicho experimento.

Fig.3 Montaje del experimento, de izquierda a derecha se muestran los siguientes instrumentos: lámpara colimadora, polarizador lineal 1, retardador de fase, polarizador lineal 2 y detector de intensidad.

Se realizaron observaciones de la intensidad. Para el siguiente experimento se utilizo un retardador de fase de ½ de onda, siguiendo la misma configuración que en la figura 3, remplazando el retardador de fase de ¼ de onda por el de ½, se realizaron mediciones de ángulos de dicho retardador. Para el tercer experimento se hicieron uso de los materiales de vidrio, Lucita, celofán y diurex, usando la misma configuración que en la figura 3, reemplazando a nuestro retardador de fase por cada uno de estos materiales. La discusión y resultados que se obtuvieron se muestra en el siguiente apartado.

3. RESULTADOS Y DISCUSION. Para nuestro experimento con el retardador de fase de ¼ de onda, se observó que la intensidad que marcaba nuestro detector iba variando. Antes de esto, nuestro retardador de fase se colocó a un ángulo de 45° con respecto al primer polarizador de tal manera que la luz incidente pudiera salir polarizada circularmente. Esta información del detector nos dice que tal vez el campo eléctrico no estaba del todo polarizado circularmente Una causa puede ser la luz Rodríguez Ramírez Jorge Mauricio.

proveniente de los focos del laboratorio, una propuesta para evitar que esto sucediera fue usar un filtro de un color, pues se observó que al ir moviendo nuestro polarizador 2 el cual está delante del retardador de fase, se observaba un cambio de color, por ello el color observado debía ser filtrado por algún filtro que no contuviera ese color. Para poder demostrar el objetivo 2 se hizo uso de lo que es el cálculo de jones el cual nos da una descripción de la luz polarizada [1],[2] entonces sean los siguientes vectores y matrices:

……………(1) El primer vector se trata de luz polarizada a 45° respecto del eje horizontal x , la primer matriz de 2x2 es un retardador de fase de ¼ de onda y la segunda matriz es un polarizador a 45° del eje horizontal x Realizando el producto de matrices que conocemos por algebra lineal obtenemos lo siguiente:

Lo que vemos en esta serie de operaciones es de que si la luz polarizada a 45° pasa por dos retardadores de fase de ¼ de onda con eje de transmisión rápida en el eje vertical y nuevamente pasa por un mismo polarizador lineal de 45° con respecto al eje x, entonces la intensidad con la que sale la luz es nula. Otra explicación es de que cuando pasamos luz linealmente polarizada por los dos retardadores de fase de ¼ de onda, ésta solamente cambia su posición, es decir si estaba polarizada verticalmente al incio y pasa por estos dos retardadores, entonces pasa a ser polarizado linealmente horizontal, por lo que cuando pasa por el ultimo polarizador que esta orientado verticalmente, la intensidad es 0 pues son perpendiculares. De esta manera podemos mostrar lo que sucede con el arreglo dado por el objetivo 2. Para el retardador de fase de ½ de onda se obtuvieron los siguientes datos:

2

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Angulo° ±0.5° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Intensidad (miliWatts) 0.049 0.046 0.049 0.046 0.052 0.059 0.062 0.062 0.056 0.049

Tabla 2. Ángulos vs intensidad de luz que pasa linealmente polarizada por un retardador de fase de 1/2 de onda.

La siguiente figura 4 muestra el comportamiento de los datos obtenidos.

ser colocado entre los polarizadores e irlo rotando, se observaba como pasaba luz a una cierta posición y después ya no, lo cual nos sugiere que se trata de un retardador de fase de ½ de onda. Al ir observando cada material vimos que cada uno de ellos era un retardador de fase, al ir moviendo cada uno algunos ángulos, podíamos observar la luz que pasaba además de los distintos colores que se observaban. Para responder a la pregunta de por qué se ven distintos colores, se debe a que los colores llegan a distintos tiempos y polarizaciones distintas, por eso se pueden observar las laminas con cintas pegadas y sobrepuestas unas de otras al poner los polarizadores cruzados e ir rotando nuestro dispositivo donde se colocaron las cintas, observamos como van apareciendo los distintos colores.

4. CONCLUSIONES.

Fig 4. Grafica de datos de valores obtenidos de ángulos e intensidades respectivamente con un retardador de fase de ½ de onda.

Veamos lo que ocurre en la figura 4. Se puede ver que la intensidad máxima se alcanza alrededor de lo 60° y la mínima a los 90° grados, lo cual nos dice que este tipo de retardadores lo que hacen es rotar la polarización lineal que pasa por el polarizador 1 el doble del ángulo Para el ultimo experimento el cual es usar el diurex, Lucita, vidrio y celofán se pudieron observar que al ponerlos entre los polarizadores cruzados e ir moviendo el material, se observaron distintos colores lo cual es peculiar de los retardadores de fase. Pues para dar un ejemplo, el celofán al

Rodríguez Ramírez Jorge Mauricio.

Se puede concluir que los retardadores de fase tienen una gran importancia para su uso en la vida diaria, ya sea para lentes usados en los cines 3D de los cuales requieren de polarización circular o televisiones en 3D. los experimentos realizados no están del todo mal, aunque se pudieron mejorar si no hubiera sido por falta de técnica para poder medir este tipo de polarización circular. Además de que nuestro sensor de intensidad no estaba del todo bien, ya que marcaba cosas como intensidad cero a pesar de que si había luz pasando por el detector. Nos ayuda también a entender sobre los colores que aparecen entre los polarizadores cruzados, además de que es un fenómeno muy interesante.

5. REFERENCIAS. [1] Hecht, E., Optics, 4th Edition, Addison Wesley, San Francisco, 2002 [2] Fowles G. R., Introduction to Modern Optics, 2nd. Edition, Dover (1989).