Bienvenido a esta página. ¿Nunca te has preguntado qué hay detrás de la reflexión de la luz? ¿por qué reflejan mejor unos materiales que otros? ¿Qué pasa con la luz cuando se refleja o se transmite? ¿Voy a medir lo mismo antes y después?
Aquí daremos respuesta a estas preguntas, utilizando como argumento la física que hay detrás de este fenómeno tan simple. Y lo haremos de una forma didáctica y divertida (no te preocupes, no vamos a utilizar ecuaciones en este blog). Cada sección de esta página lleva asociado un pequeño ejecutable que puedes descargarte de forma gratuita. Se trata de varias simulaciones programadas en Python, cuyo código también está disponible para su descarga.
¿Quieres aprender a programar simulaciones interesantes? Te gustan tanto la física como la computación? Sigue leyendo entonces, Vamos allá!
Parte 1. La elipse de polarización:
Como sabrás, la luz (no solo la visible, toda!) es una onda electromagnética. Una de las consecuencias de las ecuaciones de Maxwell es, precisamente, que estos haces de luz pueden describirse recurriendo a la oscilación perpendicular de dos campos: el eléctrico y el magnético.
estas ondas tienen tres características fundamentales: su frecuencia, su amplitud y su desfase. La frecuencia no cambia cuando la luz pasa de un medio a otro, por lo que en lo que sigue nos centraremos en las dos últimas.
La amplitud da una idea de la intensidad del rayo de luz. El desfase es el responsable de que un haz esté polarizado de una forma o de otra.
El caso es que, mirando el haz de frente, como si viniera hacia nosotros, vemos los campos eléctrico y magnético girar en el plano, hacia la derecha o hacia la izquierda, a una velocidad o a otra, pero siempre formando un ángulo de 90 grados. Este ultimo hecho permite reducir nuestro estudio únicamente al campo eléctrico.
Pues bien, el vector E girará describiendo una elipse que podemos dibujar conociendo el desfase entre sus componentes, y su amplitud. ¡Solo eso!
Ahora, ¿qué crees que pasará con esa elipse cuando el rayo choque con un material? ¿Sucederá lo mismo en un cristal y en una pieza de aluminio?
Eso es lo que podrás comprobar por ti mismo con el programa que te presentamos.
Enlace al programa
Además de calcular explícitamente los campos reflejado y transmitido en cualquier intercara, las más de 400 lineas de código que componen este programa permiten al usuario comprobar a tiempo real las consecuencias de variar parámetros como el ángulo de incidencia o el índice de refracción del sustrato.
Con este programa podemos, de una forma sencilla e intuitiva, comprobar el significado del ángulo de polarización, encontrar formas de producir por reflexión luz con polarizaciones particulares, o entender muchos aspectos de la elipsometría como técnica para caracterizar materiales.
Parte 2. Los ángulos elipsométricos
Si estás aquí porque quieres aprender a programar, te recomendamos encarecidamente comenzar por este programa. Su código es relativamente sencillo y los resultados sorprendentes. Partiendo de esta base podrás más adelante construir programas más complejos como el anterior, o modificar los simples para compilar una versión standalone en html. ¡A por ello!
Enlace al programa
Este programa calcula el ángulo de polarización y dibuja a tiempo real y sobre el mismo grafico el desfase entre las componetes s y p introducido en una reflexión, así como el cociente entre los coeficientes de Fresnell perpendicular y paralelo. Variando el índice de refraccción, podrás observar varias cosas interesantes. A la izquierda tienes una tabla con diversos datos de materiales reales.
Pequeño comentario
El programa de la elipse puede describir el comportamiento de un haz al reflejarse en un material con índice de refracción desconocido. Este segundo programa podría describir la relación entre los módulos de las componentes del rayo reflejado, así como su desfase. Con un par de polarizadores lineales, un detector de intensidad y un poco de paciencia, ¡podrás determinar el índice de refración del material! Esta técnica se denomina elipsometría espectroscópica, y tiene un montón de aplicaciones. Si quieres saber más, te recomendamos este artículo, que explica algunas aplicaciones interesantísimas de esta técnica.
Enlace al programa
Este programa calcula la longitud de coherenciay el máximo orden interferencial, y el contraste o el ancho espectral de un interferómetro. Nos pedirá algunos datos antes de mostrar los resultados, como la longitud de onda o el múmero de máximos de interferencia que queremos calcular.
Calcula la posición angular de los máximos de orden P (creciente con el ángulo de incidencia), así como su incertidumbre, y representa los resultados en una gráfica.
Aquí hemos querido ir un poco más allá. Si descargas el código fuente, verás que importamos un módulo, bokeh, que no utilizamos en los programas anteriores. Con él, y conocimientos muy básicos en Java, podemos crear desde Python un archivo html, cuya principal ventaja es su versatilidad. ¡Podrás ejecutarlo incluso desde tu teléfono móvil, o incluirlo de forma muy sencilla en tu página web! De hecho... ¿Por qué no íbamos a encajarlo aquí?
Esto es todo por hoy,
Si no puedes descargar los programas, si no entiendes parte del código, o si tienes cualquier aportación interesante, cuéntanoslo en los comentarios!
Muchas gracias por leernos,
hasta la próxima.
