La polarizzazione della luce

La natura della luce polarizzata

La luce è una forma di energia che si manifesta come radiazione elettromagnetica e si propaga attraverso onde. Queste onde sono caratterizzate da campi elettrici e magnetici oscillanti, orientati perpendicolarmente l'uno rispetto all'altro e rispetto alla direzione di propagazione dell'onda. La polarizzazione della luce si verifica quando il campo elettrico oscilla in una direzione preferenziale. Ad esempio, se il campo elettrico oscilla esclusivamente lungo l'asse verticale, si parla di luce polarizzata verticalmente. Analogamente, se oscilla lungo un asse inclinato di un certo angolo rispetto a un riferimento, la luce è polarizzata linearmente in quella direzione. Il piano di vibrazione è definito dal piano che contiene il vettore del campo elettrico, mentre il piano di polarizzazione è quello che contiene il vettore del campo magnetico.

Confronto tra luce polarizzata e non polarizzata

La luce naturale, come quella emessa dal Sole o da una lampadina a incandescenza, è generalmente non polarizzata, il che significa che le onde che la compongono hanno direzioni di oscillazione del campo elettrico distribuite in modo casuale e uniforme. Al contrario, la luce polarizzata presenta un'oscillazione del campo elettrico che è uniforme e orientata lungo una direzione specifica. Questa caratteristica permette di distinguere la luce polarizzata, rappresentata da una freccia a due punte che indica la direzione di polarizzazione, dalla luce non polarizzata, che non ha una direzione di polarizzazione preferenziale.

Ottenimento della luce polarizzata tramite polarizzatori

I polarizzatori sono dispositivi che permettono di ottenere luce polarizzata a partire da una sorgente non polarizzata. Essi operano selezionando la direzione di oscillazione del campo elettrico. Un polarizzatore è costituito da un materiale con molecole allineate che assorbono la componente della luce con il campo elettrico parallelo al loro orientamento, mentre lasciano passare la componente con il campo elettrico perpendicolare. L'asse di trasmissione del polarizzatore è quindi la direzione lungo la quale la luce emerge polarizzata. Gli occhiali da sole polarizzati e i filtri fotografici sono esempi pratici di applicazione dei polarizzatori.

Il principio di funzionamento dei polarizzatori

Il principio di funzionamento dei polarizzatori può essere illustrato con un'analogia meccanica: immaginiamo un'onda che fa oscillare una corda attraverso una fessura stretta. Se l'orientamento della fessura è parallelo all'oscillazione della corda, l'onda passerà; se è perpendicolare, l'onda sarà bloccata. In modo simile, un polarizzatore permette il passaggio della luce che è polarizzata parallelamente al suo asse di trasmissione e assorbe quella polarizzata in direzione perpendicolare.

La legge di Malus e l'effetto dei polarizzatori sull'intensità luminosa

La legge di Malus descrive come l'intensità della luce polarizzata varia quando attraversa un polarizzatore orientato in modo diverso rispetto alla direzione di polarizzazione della luce incidente. Secondo questa legge, l'intensità della luce trasmessa è direttamente proporzionale al quadrato del coseno dell'angolo formato tra la direzione di polarizzazione della luce e l'asse di trasmissione del polarizzatore. Pertanto, un polarizzatore non solo modifica la polarizzazione della luce che lo attraversa, ma ne regola anche l'intensità in funzione dell'angolo di orientamento.

Interazione tra luce non polarizzata e polarizzatori

Quando la luce non polarizzata incide su un polarizzatore, circa la metà dell'intensità luminosa viene trasmessa, indipendentemente dall'orientamento del polarizzatore. Se la luce passa attraverso due polarizzatori con assi di trasmissione orientati in modo diverso, l'intensità della luce trasmessa varierà in base all'angolo tra i due assi. Se gli assi sono paralleli, la trasmissione è massima; se sono perpendicolari, la luce non viene trasmessa, e si parla di polarizzatori incrociati. Con angoli intermedi, si verifica una riduzione parziale dell'intensità trasmessa, secondo la legge di Malus.