¿Cómo convierte una placa de cuarto de onda la luz lineal en luz circular?

Depende de lo profundo que quieras entenderlo. Matemáticamente, incluso una luz polarizada linealmente verticalmente puede describirse mediante 2 haces de luz polarizados linealmente en diagonal. En ese sentido, siempre estuvo ahí, simplemente "cancelado". El retardador retarda un componente diagonal pero no el otro.

Cuánticamente... luché un poco con eso, pero este video de 3blue1brown es excelente para visualizar y explicar el entrelazamiento y la superposición cuánticos. https://youtu.be/MzRCDLre1b4?t=480

Edición 1:

Ejemplo: Todos estos son luz polarizada verticalmente:

Edición 2: en la parte superior, un haz polarizado horizontal y vertical crea una luz polarizada en diagonal cuando se superponen.

En la parte inferior, un haz polarizado horizontal y vertical crea una luz polarizada circularmente cuando se superponen. La diferencia aquí es que los componentes vertical y horizontal no están en fase.

Siga el final de las matrices. Hace un círculo en la parte inferior, pero solo una línea en la parte superior.

Permítanme comenzar por el significado de los ejes rápido y lento del medio plato de un cuarto, y para hacerlo, permítanme compararlo con una pieza normal de vidrio. Como de costumbre, sea la velocidad de la luz en el vacío$c$. Viaje ligero en vidrio con una velocidad$v$eso es menos que$c$, nosotros escribimos$v=c/n$, con$n$es el índice de refracción y$n>1$para vidrio Para una pieza normal de vidrio esto$n$no depende de la polarización, es decir, envía luz con cualquier polarización y todas se ralentizan en la misma cantidad. Ahora, lo especial del cuarto de la mitad de la plataforma es que su índice de refracción depende de la polarización. Envía luz polarizada en la dirección del eje rápido y se frena a algunos$v_f = c/n_f$, pero envía luz polarizada en la dirección del eje lento y se desacelera a$v_s = c/n_s$, tal que$c>v_f>v_s$. Los ejes rápido y lento son perpendiculares entre sí. Tal comportamiento no es raro y requiere que los átomos del material tengan cierta asimetría. Entonces, por ejemplo, algunas varillas como átomos.

Ahora, ¿cómo conduce este comportamiento a convertir la luz polarizada linealmente en luz polarizada circularmente? Bueno, enviar luz polarizada linealmente en la dirección del eje rápido o lento afecta la velocidad pero deja la polarización sin cambios. Pensemos en la situación en la que enviamos luz linealmente polarizada pero a$45^{\circ}$del eje rápido. Pensamos en esta situación descomponiendo los campos eléctricos oscilantes de luz a lo largo de las direcciones de los ejes rápido y lento. Antes de que la luz incida en la placa, estas dos componentes del campo eléctrico están en fase, es decir, son espejos entre sí. En otras palabras, estos dos componentes juntos oscilando en fase nos dan la$45^{\circ}$en relación con la luz polarizada del eje rápido. A medida que estos dos componentes ingresan a la media placa de un cuarto, los dos componentes se mueven a diferentes velocidades, lo que hace que tengan diferentes fases cuando emergen de la placa.

Veamos cómo calcular este cambio de fase a partir de los dos índices de refracción diferentes. Los dos componentes del campo eléctrico se mueven a diferentes velocidades, lo que significa que pasan diferentes tiempos dentro de la placa. Esto significa que los componentes más lentos oscilan más dentro de la placa. Dejar$t_s = d/v_s$y$t_f = d/v_f$ser el tiempo que los componentes lentos y rápidos pasan dentro de la placa, con$d$siendo el espesor de la placa. Sea la frecuencia de la luz$f$, entonces el número de oscilaciones que hace cada componente es$f t_s$y$f t_f$. Para obtener una luz polarizada circularmente, necesitamos que esta diferencia entre el número de oscilaciones sea un cuarto, por lo que necesitamos$f(t_s - t_f) = 1/4$.

Creo que tu problema es que quieres que tenga sentido. Las imágenes de lo que sucede no tienen sentido. Las descripciones matemáticas de lo que sucede no hacen que tenga sentido.

Estás pidiendo una explicación de algo en términos de ondas, y durante los últimos 100 años no se ha puesto énfasis en buscar explicaciones.

Aún así, usted hace la pregunta. A ti y a mí nos gustaría una imagen de ondas de luz que se ajuste a las medidas. Eso sería satisfactorio. La imagen que hacemos no tendría que ser verdaderamente correcta. Aún así, si encajara con los datos y si tuviera sentido, sería agradable.

Tenemos modelos de luz como ondas de agua, pero esos no nos sirven porque solo pueden darnos ondas verticales, ondas lineales.

Tienes un modelo de cuerda. Las ondas circulares en la cuerda se vuelven lineales cuando la cuerda debe pasar a través de una ranura que solo permite el movimiento vertical. Así que queremos una forma de que las ondas lineales en la cuerda se vuelvan circulares.

La ranura que absorbe el movimiento en una dirección pero no en la otra es fácil de entender.

Para ir al revés, lo que queremos es una especie de ranura que no absorba la onda en la segunda dirección, sino que la retrase .

No estoy seguro de cómo hacer un modelo físico de eso. ¿Quizás tienes una cuerda que por cierta distancia es más gruesa en una dirección que en la otra? ¿Las ondas en la dimensión más gruesa viajarían más lentamente? No estoy seguro de que lo harían. Idealmente, sería más denso en una dimensión que en la otra.

Qué tal esto. Tus ondas viajan a través de un cable de metal elástico, y en una sección el cable tiene un núcleo asimétrico que es un metal más pesado diferente, algún tipo de aleación que lo hace igual de elástico, pero más denso.

TAL VEZ si el cable estuviera ondeando de un lado a otro, iría más lento si fuera de arriba a abajo que si fuera de izquierda a derecha.

Y si es así, si la parte especial del cable tuviera la longitud correcta, entonces una onda lineal orientada en un ángulo de 45 grados al entrar se convertiría en una onda circular al salir. Una onda lineal orientada a 0 grados o 90 grados no se vería afectada. (La onda de 90 grados se retrasaría, pero no lo notarías, seguiría siendo lineal).

Eso es lo mejor que puedo hacer.