Un polarizador circular (a menudo abreviado como CP o CPL, por Circular Polarizing Lens) es un componente óptico que convierte la luz no polarizada en luz polarizada circularmente. También puede utilizarse en sentido inverso para convertir la luz polarizada circularmente en luz polarizada linealmente o para bloquear selectivamente polarizaciones específicas. Los polarizadores circulares se utilizan ampliamente en fotografía, pantallas 3D estereoscópicas y filtros antirreflejo para pantallas electrónicas.
Principio de funcionamiento
Un polarizador circular estándar no está compuesto por un único material homogéneo. Es un dispositivo óptico compuesto por dos capas distintas laminadas entre sí con una orientación específica:
- Polarizador lineal: La primera capa filtra la luz no polarizada incidente y solo permite el paso de las ondas de luz que oscilan en un único plano específico.
- Placa de cuarto de onda (retardador): La segunda capa es un material birrefringente (una placa de onda) diseñado para introducir un desfase de exactamente π / 2 radianes (90°) entre dos componentes de polarización ortogonales.
Para que el dispositivo produzca luz polarizada circularmente, los ejes ópticos rápido y lento de la placa de cuarto de onda deben orientarse exactamente a 45°, con respecto al eje de transmisión del polarizador lineal.
Cuando la luz polarizada linealmente entra en la placa de cuarto de onda con este ángulo de 45°, se divide en dos componentes ortogonales de igual amplitud que se propagan a lo largo de los ejes rápido y lento. Como la luz se propaga a velocidades diferentes a lo largo de estos ejes, una componente emerge con un desfase de 90° respecto de la otra. La suma vectorial de estas dos componentes ortogonales desfasadas produce un vector de campo eléctrico que gira en círculo a medida que se propaga hacia delante, creando luz polarizada circularmente.
Polarización levógira y dextrógira
- Polarización circular derecha (RCP): El vector del campo eléctrico gira en sentido horario desde la perspectiva del receptor.
- Polarización circular izquierda (LCP): El vector del campo eléctrico gira en sentido antihorario visto desde el receptor.
Representación matemática
La transformación de la luz a través de un polarizador circular puede describirse con precisión mediante el cálculo de Jones. Suponiendo un polarizador lineal orientado verticalmente y una placa de cuarto de onda con su eje rápido a 45°, la operación se representa mediante la multiplicación de los vectores y las matrices de Jones.
El vector de Jones de la luz que emerge del polarizador lineal puede expresarse como un vector columna vertical:
E_linear = [0, 1]
La matriz de Jones de una placa de cuarto de onda con su eje rápido a 45° se representa mediante una cuadrícula de 2x2, multiplicada por una constante:
M_QWP = (1 / √2) * [ [1, -i], [-i, 1] ]
Al multiplicar la matriz por el vector se obtiene el estado final de polarización circular. Cuando se multiplican las filas de la matriz por el vector columna, el cálculo queda así:
E_circular = (1 / √2) * [ [1, -i], [-i, 1] ] * [0, 1] E_circular = (1 / √2) * [-i, 1]
Este vector resultante, con la unidad imaginaria «-i» en la posición superior y «1» en la posición inferior, describe luz polarizada circularmente.
Aplicaciones principales
Fotografía
En la fotografía moderna, se prefieren los polarizadores circulares a los polarizadores lineales. Muchas cámaras réflex digitales de objetivo único (DSLR) y cámaras sin espejo utilizan espejos parcialmente plateados y divisores de haz para dirigir la luz hacia los sensores de enfoque automático por detección de fase (PDAF) y los exposímetros. Estos componentes internos son muy sensibles a la polarización. Si se utiliza un polarizador puramente lineal en el objetivo, puede producirse accidentalmente una polarización cruzada con la óptica interna de la cámara, lo que provoca fallos en los sistemas de medición y enfoque automático. Un CPL resuelve este problema polarizando linealmente la luz (para reducir los reflejos del entorno) y convirtiéndola inmediatamente en una rotación circular para que los divisores de haz internos puedan detectarla con precisión.
Pantallas OLED y tratamiento antirreflejo
Los polarizadores circulares se utilizan ampliamente en las pantallas OLED (diodo orgánico emisor de luz) modernas, como las de teléfonos inteligentes y relojes inteligentes, para eliminar las reflexiones internas.
- La luz ambiental entra en la pantalla y atraviesa el CPL, convirtiéndose en luz con polarización circular derecha.
- Esta luz se refleja en los electrodos metálicos altamente reflectantes situados detrás de los píxeles OLED.
- Al reflejarse, la quiralidad de la polarización se invierte (RCP se convierte en LCP).
- Cuando la luz LCP intenta salir de nuevo a través del CPL, la combinación de la placa de cuarto de onda y el polarizador lineal la bloquea por completo. Esto mejora considerablemente la relación de contraste de la pantalla en entornos luminosos.
Cine 3D estereoscópico
Los sistemas como RealD 3D utilizan polarización circular para multiplexar dos imágenes diferentes en la misma pantalla de cine. Un proyector proyecta la imagen destinada al ojo izquierdo mediante polarización circular izquierda y el otro proyecta la imagen destinada al ojo derecho mediante polarización circular derecha. El espectador utiliza gafas 3D pasivas cuyas lentes izquierda y derecha son polarizadores circulares ajustados de forma opuesta, lo que garantiza que cada ojo reciba únicamente la imagen correspondiente. Se utiliza polarización circular en lugar de polarización lineal porque permite a los espectadores inclinar la cabeza lateralmente sin perder el efecto 3D ni experimentar imágenes «fantasma».