¿Luz no polarizada frente a luz polarizada que gira aleatoriamente?

La luz no polarizada se puede considerar como una superposición de trenes de ondas de una duración finita de orden$0<\tau<\infty$, cada uno de los cuales tiene una cierta polarización pura, que puede ser elíptica, con una dirección aleatoria. Las fases de los pulsos y sus tiempos de inicio y finalización también son aleatorios.

Lo que esto significa en la práctica es que cualquier fuente de luz no polarizada tiene un tiempo de coherencia$\tau$. Si observa la polarización con una resolución temporal más alta que esta, verá una polarización pura (¡por componente espectral! Si la fuente de luz no es monocromática, la imagen es más complicada). Si mide con una resolución más baja, la polarización rotatoria aleatoriamente se promediará y no observará efectos de polarización.

Para poner las cosas en escala, la longitud de coherencia ($=c\tau$) de la luz del sol es aproximadamente$0.6\,\mu\text m$( Doi ). En la práctica, esto significa que cualquier interferometría dependiente de la polarización debe implicar diferencias de ruta más cortas que eso, o verá la (falta de) interferencia entre dos trenes de pulso diferentes con polarizaciones y fases relativas aleatorias.

Creo que la imagen que tienes sobre la luz no polarizada es correcta, pero trataría de evitar la idea de "girar rápido", porque da una idea de continuidad, que creo que es lo que intentas evitar en el concepto de luz no polarizada. .

Entonces, en esencia, la luz no polarizada se modela mediante trenes de onda corta de alguna polarización pura arbitraria; esto se debe a que si interfieres esta luz consigo misma, el patrón de interferencia se desdibujará en algún punto, que corresponde a la longitud promedio de estos trenes.

Nunca pensé en la idea de obtener luz no polarizada a partir de luz puramente polarizada, pero creo que lo que propones podría funcionar en teoría. Ahora, si ves un rotador de Faraday real, no creo que pueda hacer el trabajo.

Te daré mi imagen mental personal de luz no polarizada, tal vez te ayude.

En un punto dado del espacio, el campo E es un vector que se encuentra en el plano perpendicular a la propagación. En este plano, si pones la cola del vector en el origen, entonces la punta del vector es un punto que se sacude de forma aleatoria alrededor del origen. Lo importante es que sea aleatoria , no periódica, ya que la luz puramente monocromática no puede despolarizarse.

Si la luz es de banda estrecha, el movimiento parecerá periódico (y, por lo tanto, polarizado) en escalas de tiempo cortas. Entonces sería capaz de definir una "polarización instantánea". Pero esta polarización cambiará lentamente en la escala de tiempo correspondiente al ancho de banda. No se puede suponer nada sobre la polarización instantánea: podría ser lineal, elíptica o circular. Sin embargo, asumiría que cambia continuamente, a menos que el espectro de la luz tenga colas bastante pesadas: las discontinuidades en el dominio del tiempo siempre generan colas pesadas en el dominio de la frecuencia.

Si es luz blanca, entonces la punta del vector simplemente se sacude al azar, con una frecuencia difícilmente perceptible que corresponde a la mitad de la banda. Tal vez más una escala de tiempo que una frecuencia real. Sería muy difícil identificar una polarización instantánea, porque dicha polarización estaría cambiando prácticamente en la misma escala de tiempo.

Podría describir ambas situaciones como la superposición de dos campos con polarizaciones perpendiculares: la polarización combinada se puede calcular a partir de las amplitudes y fases de los componentes. Pero dado que esas amplitudes y fases tienen un tiempo de coherencia finito, su polarización siempre está cambiando.