¿Cuál es la diferencia entre la luz polarizada horizontal/verticalmente y la luz polarizada s/p?

Básicamente estoy repitiendo el comentario de Peter Diehr aquí, pero como respuesta.

La polarización H y V generalmente se refiere a algún marco de referencia arbitrario. Este marco de referencia generalmente se define por la dirección de la gravedad (llámese a esto$\hat{z}$dirección). Si la luz viaja "horizontalmente" (es decir, perpendicular a la dirección de la gravedad, por ejemplo en el$\hat{y}$dirección), entonces podemos hablar de luz polarizada horizontal y verticalmente. Para la luz polarizada verticalmente, el campo eléctrico es paralelo a la dirección de la gravedad, por lo que está en el$\hat{z}$dirección. Para la luz polarizada horizontalmente, el campo eléctrico es perpendicular a la dirección de la gravedad, es decir, en el$\hat{x}$dirección. Tenga en cuenta que en ambos casos el campo eléctrico es perpendicular a la dirección de propagación de la luz.

Esta definición de polarización horizontal y vertical también tiene sentido para la luz que viaja con algunas desviaciones angulares razonables del plano horizontal. Podemos hablar de polarizaciones que en su mayoría no tienen componentes en el$\hat{z}$dirección, polarizaciones horizontales y polarizaciones que en su mayoría tienen componentes en el$\hat{z}$, polarizaciones verticales.

Sin embargo, imagina un rayo que viaja directamente hacia arriba desde el suelo en el$\hat{z}$dirección. En este caso la polarización está en el$\hat{x}$,$\hat{y}$avión. No tiene sentido para mí llamar a ninguno de estos polarización vertical. Más bien, sería mejor llamarlos polarizados "Este-Oeste" y "Norte-Sur", por ejemplo. El punto clave aquí es la naturaleza geométrica y dependiente de las coordenadas de cómo llamamos polarizaciones.

Las polarizaciones syp son diferentes de las polarizaciones horizontal y vertical. Como se describió anteriormente, horizontal y vertical generalmente se refieren a la dirección del campo eléctrico con respecto a la gravedad. En cambio, las polarizaciones syp se definen con respecto a un marco de referencia que está relacionado con la superficie con la que interactúa la luz. La superficie se puede orientar en una dirección arbitraria con respecto a la gravedad, por lo que vemos que s y p no están relacionados con la polarización horizontal y vertical.

syp se definen con respecto al plano de incidencia como se describe en el artículo de Wikipedia . El plano de incidencia está definido por dos vectores. Un vector es el vector normal a la superficie (el vector que apunta fuera de la superficie). El otro vector es la dirección de propagación de la luz bajo consideración. A menudo, estos dos vectores no son paralelos y, por lo tanto, describen un plano*. Este plano se llama plano de incidencia.

La luz polarizada p es luz donde el vector de campo eléctrico se encuentra en este plano de incidencia. La luz polarizada en s es luz donde el vector del campo eléctrico es perpendicular a este plano de incidencia. Si piensa en esto en términos de la superficie del material, puede ver que el vector del campo eléctrico entra o sale de la superficie del material para la luz polarizada p mientras "yace plano" en el plano de la superficie del material.

Si el campo eléctrico incide directamente sobre la superficie, la dirección de propagación y la superficie normal son paralelas, por lo que no podemos definir un plano de incidencia. En este caso, todas las polarizaciones "yacen planas" en el plano de la superficie del material, por lo que es como si todas las polarizaciones estuvieran "polarizadas en s". Esto es comparable al caso en que la luz viajaba directamente hacia arriba contra la gravedad y todas las polarizaciones parecían polarizaciones horizontales, por lo que ya no tenía sentido hablar de luz polarizada horizontal y verticalmente. En este caso debemos introducir un nuevo marco de referencia diferente si queremos hablar de la polarización del campo de luz.

Finalmente para unir todos estos conceptos. Vemos que la polarización horizontal y vertical se refieren a la dirección de polarización en comparación con la dirección de la gravedad y las polarizaciones s y p se refieren a la dirección de polarización en comparación con el plano de incidencia. Si la superficie normal apunta en la dirección de la gravedad (como lo implica la figura en el OP) o perpendicular a la dirección de la gravedad (una superficie que es vertical como un espejo en el baño), entonces existe una relación entre s y p-polarizada y luz polarizada horizontal y verticalmente (h y v).

Para una superficie con una superficie normal apuntando en la dirección de la gravedad, podemos ver que:

p-polarizado ~ v-polarizado

s-polarizado = h-polarizado

Pongo la tilde en la comparación de p a v porque para ángulos de mirada (donde la luz viaja casi horizontal, gran ángulo de incidencia) tiene sentido hablar de luz polarizada vertical pero si la luz viaja cada vez más perpendicular a la superficie (ángulos de incidencia más pequeños) cada vez tiene menos sentido hablar de luz polarizada verticalmente.

Para una superficie montada verticalmente (como un espejo en el baño) con luz que viaja perpendicular a la gravedad, tenemos:

p-polarizado = h-polarizado

s-polarizado = v-polarizado

Para una superficie montada verticalmente con luz que viaja con un componente principalmente en la dirección de la gravedad, tenemos:

p-polarizado ~ v-polarizado

s-polarizado = h-polarizado

Nota sobre el deslumbramiento y las gafas de sol y el ángulo de Brewster: ha señalado que la incidencia de la luz no polarizada en (o cerca) del ángulo de Brewster se filtrará y (en su mayoría) se polarizará en S al reflejarse. Si la superficie bajo consideración es horizontal (asfalto en la carretera o agua estancada, por ejemplo), entonces sabemos que la luz polarizada s es luz polarizada h. Por lo tanto, si queremos filtrar esto usando gafas de sol, por ejemplo, deberíamos hacer que las gafas de sol eliminen la luz polarizada h. Las gafas de sol polarizadas están diseñadas para eliminar la luz polarizada h cuando el usuario está de pie y sostiene la cabeza de la forma habitual. Sin embargo, si inclinan la cabeza, sus anteojos de sol ahora dejarán entrar más luz polarizada h y permitirán que entre más luz polarizada v. El ángulo de las gafas de sol define un nuevo sistema de coordenadas. Tenga en cuenta también que si la superficie está orientada verticalmente (como la ventana trasera del automóvil frente a usted), dado que la luz del sol generalmente proviene de arriba, la luz reflejada polarizada en s nuevamente estará mayormente polarizada horizontalmente. Esto significa que, en general, las gafas de sol polarizadas son buenas y reducen el deslumbramiento de todo tipo de objetos, suponiendo que la luz del sol provenga de arriba. Sin embargo, durante el amanecer y el atardecer, el sol está más bajo en el cielo, por lo que la luz polarizada reflejada ahora puede tener grandes componentes en la dirección vertical, por lo que las gafas de sol no funcionarán con tanta eficacia. Esto significa que, en general, las gafas de sol polarizadas son buenas y reducen el deslumbramiento de todo tipo de objetos, suponiendo que la luz del sol provenga de arriba. Sin embargo, durante el amanecer y el atardecer, el sol está más bajo en el cielo, por lo que la luz polarizada reflejada ahora puede tener grandes componentes en la dirección vertical, por lo que las gafas de sol no funcionarán con tanta eficacia. Esto significa que, en general, las gafas de sol polarizadas son buenas y reducen el deslumbramiento de todo tipo de objetos, suponiendo que la luz del sol provenga de arriba. Sin embargo, durante el amanecer y el atardecer, el sol está más bajo en el cielo, por lo que la luz polarizada reflejada ahora puede tener grandes componentes en la dirección vertical, por lo que las gafas de sol no funcionarán con tanta eficacia.

*Sin embargo, para el caso de la luz que incide directamente sobre una superficie material, los dos vectores son paralelos y no se define ningún plano. Hablaré de este caso en breve.