Luz polarizada I: filtros polarizadores

Hace unos cuantos años se pusieron de moda unas pequeñas maquinitas electrónicas de juegos. Tenían una pantalla de cristal líquido donde aparecía una sencilla animacion realizada con unas pocas siluetas estáticas. Usaban el mismo método con el que un reloj digital de pulsera representa los diferentes números. Todos en el colegio teníamos al menos una.

Cuando tuve ocasión de desmontar una de esas máquinas encontré dentro de ella un par de láminas plásticas con unas propiedades asombrosas: filtros polarizadores. Ya sabía que las pantallas LCD los utilizaban porque lo había leído en mi adorado libro "Cómo funcionan las cosas", pero una cosa era conocerlos y otra muy diferente verlos. Son dos pequeños rectángulos de un plástico de aspecto parecido al acetato.


Ahora es cuando toca soltar un pequeño rollo físico no demasiado riguroso para explicar el trasfondo del asunto. Allá va:

Un haz de luz es un conjunto de ondas electromagnéticas, cada una de ellas de cierta fase y frecuencia. Las ondas electromagnéticas son un tipo de onda transversal, lo que quiere decir que la alteración periódica que producen en el medio por el que se propagan se realiza en una dirección perpendicular a la dirección de avance. Algo parecido a la onda que se produce cuando rasgamos con una púa la cuerda de una guitarra: cada punto de la cuerda comienza a moverse periódicamente en un plano perpendicular al ella. Para simplificar, imaginemos que la cuerda oscila únicamente en una dirección, es decir, que no va describiendo pequeñas elipses al vibrar, como realmente ocurre.

Ahora imaginemos que colocamos una pieza con una pequeña rendija, de forma que la cuerda pase por ella. Como se ve en siguiente dibujo, la onda podrá atravesar la rendija sólo si su plano de vibración está alineado con ella.


Los guitarristas me dirán que esto no es del todo cierto, y con razón. La rendija sólo frenaría ciertos armónicos, debido a que la vibración en las cuerdas está formada por ondas estacionarias. Lo sé, el ejemplo es sólo aproximado, pero sirve para hacerse una idea.

Pues bien, un filtro polarizador hace algo parecido con las ondas electromagnéticas. Sólo deja pasar aquellas cuyo plano de oscilación (llamado ahora plano de polarización) tenga cierta orientación. Si un haz de luz no polarizado (es decir, compuesto por ondas electromagnéticas sin un plano de polarización preferente) incide sobre una de sus caras, por la otra cara saldrá un haz polarizado, ya que las ondas con orientación errónea habrán sido absorbidas por el filtro. A esto se le llama polarización por absorción selectiva. Si enfrentamos dos filtros cuyas orientaciones coincidan, dejarán pasar cierta cantidad de luz a su través, pero si giramos uno de ellos 90 grados respecto al otro, bloquearán prácticamente toda la luz (como se veía en la fotografía de los filtros de arriba).

¿Para qué sirven los filtros polarizadores? Aparte de su utilización para fabricar pantallas LCD, como ya comenté antes, seguramente ya conoces algunas aplicaciones más: para hacer gafas de sol, eliminar reflejos en fotografías, producir sensación de relieve en películas, medir la concentración de sustancias químicas, identificar minerales, analizar tensiones en materiales, y muchas otras cosas. Se sabe, además, que algunos animales son sensibles a la polarización de la luz y utilizan esta capacidad para orientarse. En una entrada posterior explicaré algo más sobre ello.

Para terminar este post me centraré en una de las aplicaciones más conocidas, que es la eliminación de reflejos al realizar una fotografía. Y es que resulta que la luz reflejada en una superficie pulida queda parcialmente polarizada en la dirección de la reflexión. Hay un cierto ángulo, llamado ángulo de Brewster, en el que la polarización es máxima. Entonces, si acoplamos un filtro polarizador al objetivo de una cámara y orientamos este adecuadamente, podremos eliminar reflejos molestos.

Para mostrar este efecto he realizado dos fotografías a mi iPod, una sin filtro polarizador (izquierda) y otra con él. La reducción de los reflejos en el iPod y en la mesa (ambas superficies son paralelas) resulta evidente.


Dedicaré algunos posts a comentar algunas cosas curiosas que se pueden hacer con luz polarizada. Éste ya me ha quedado demasiado largo.