Polarimetria - Polarimetry

Imagem de radar de abertura sintética do Vale da Morte colorida usando polarimetria.

Polarimetria é a medição e interpretação da polarização de ondas transversais , principalmente ondas eletromagnéticas , como ondas de rádio ou de luz . Normalmente, a polarimetria é feita em ondas eletromagnéticas que viajaram ou foram refletidas , refratadas ou difratadas por algum material, a fim de caracterizar aquele objeto.

Luz plana polarizada:

De acordo com a teoria ondulatória da luz , considera-se que um raio de luz comum está vibrando em todos os planos de ângulos retos na direção de sua propagação . Se este raio de luz comum é passado por um prisma de nicol , o raio emergente tem sua vibração apenas em um plano.

Formulários

A polarimetria de filmes e superfícies finas é comumente conhecida como elipsometria .

Polarimetria é usada em aplicações de sensoriamento remoto , como ciência planetária , astronomia e radar meteorológico .

A polarimetria também pode ser incluída na análise computacional de ondas. Por exemplo, os radares costumam considerar a polarização da onda no pós-processamento para melhorar a caracterização dos alvos. Neste caso, a polarimetria pode ser usada para estimar a textura fina de um material, ajudar a resolver a orientação de pequenas estruturas no alvo e, quando antenas polarizadas circularmente são usadas, resolver o número de saltos do sinal recebido (a quiralidade de ondas polarizadas circularmente alterna com cada reflexão).

Imaging

Em 2003 , um imageador espectropolarimétrico de infravermelho visível próximo (VNIR) com um filtro sintonizável acústico-óptico (AOTF) foi relatado. Este gerador de imagens hiperespectral e espectropolarimétrico funcionou em regiões de radiação que vão do ultravioleta (UV) ao infravermelho de ondas longas (LWIR). Em AOTFs, um transdutor piezoelétrico converte um sinal de radiofrequência (RF) em uma onda ultrassônica . Esta onda então viaja através de um cristal ligado ao transdutor e ao entrar em um absorvedor acústico é difratada. O comprimento de onda dos feixes de luz resultantes pode ser modificado alterando o sinal de RF inicial. As imagens hiperespectrais VNIR e LWIR apresentam desempenho melhor como imagens hiperespectrais. Essa tecnologia foi desenvolvida no Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA.

Os pesquisadores relataram dados do sistema infravermelho próximo visível (VISNIR) (0,4-0,9 micrômetros) que exigiam um sinal de RF abaixo de 1 W de potência. Os dados experimentais relatados indicam que as assinaturas polarimétricas são exclusivas de itens feitos pelo homem e não são encontradas em objetos naturais. Os pesquisadores afirmam que um sistema duplo, coletando informações hiperespectrais e espectropolarimétricas, é uma vantagem na produção de imagens para rastreamento de alvos.

Equipamento

Um polarímetro é o instrumento científico básico usado para fazer essas medições, embora esse termo raramente seja usado para descrever um processo de polarimetria executado por um computador, como é feito em um radar de abertura sintética polarimétrica .

A polarimetria pode ser usada para medir várias propriedades ópticas de um material, incluindo birrefringência linear , birrefringência circular (também conhecida como rotação óptica ou dispersão rotativa óptica), dicroísmo linear , dicroísmo circular e espalhamento . Para medir essas várias propriedades, existem muitos designs de polarímetros, alguns arcaicos e outros em uso atualmente. Os mais sensíveis são baseados em interferômetros , enquanto os polarímetros mais convencionais são baseados em arranjos de filtros polarizadores , placas de onda ou outros dispositivos.

Polarimetria astronômica

Polarimetria é usada em muitas áreas da astronomia para estudar características físicas de fontes, incluindo núcleos galácticos ativos e blazars , exoplanetas , gás e poeira no meio interestelar , supernovas , explosões de raios gama , rotação estelar, campos magnéticos estelares, discos de detritos , reflexão em estrelas binárias e a radiação cósmica de fundo em microondas . As observações de polarimetria astronômica são realizadas como polarimetria de imagem, onde a polarização é medida em função da posição nos dados de imagem, ou espectropolarimetria, onde a polarização é medida em função do comprimento de onda da luz, ou polarimetria de abertura de banda larga.

Medindo a rotação óptica

Amostras opticamente ativas , como soluções de moléculas quirais, freqüentemente exibem birrefringência circular . A birrefringência circular causa a rotação da polarização da luz polarizada plana conforme ela passa através da amostra.

Na luz comum, as vibrações ocorrem em todos os planos perpendiculares à direção de propagação. Quando a luz passa por um prisma Nicol, suas vibrações em todas as direções, exceto na direção do eixo do prisma, são interrompidas. A luz que emerge do prisma é considerada plana polarizada porque sua vibração é em uma direção. Se dois prismas Nicol forem colocados com seus planos de polarização paralelos um ao outro, os raios de luz que emergem do primeiro prisma entrarão no segundo prisma. Como resultado, nenhuma perda de luz é observada. No entanto, se o segundo prisma for girado em um ângulo de 90 °, a luz que emerge do primeiro prisma é interrompida pelo segundo prisma e nenhuma luz emerge. O primeiro prisma é geralmente chamado de polarizador e o segundo prisma é chamado de analisador .

Um polarímetro simples para medir essa rotação consiste em um longo tubo com extremidades de vidro planas , no qual a amostra é colocada. Em cada extremidade do tubo há um prisma Nicol ou outro polarizador. A luz é irradiada através do tubo, e o prisma da outra extremidade, preso a uma ocular, é girado para chegar à região de brilho total ou de semi-escuro, semi-claro ou de escuridão total. O ângulo de rotação é então lido em uma escala. O mesmo fenômeno é observado após um ângulo de 180 °. A rotação específica da amostra pode então ser calculada. A temperatura pode afetar a rotação da luz, o que deve ser considerado nos cálculos.

Onde:

  • [α] λ T é a rotação específica.
  • T é a temperatura.
  • λ é o comprimento de onda da luz.
  • α é o ângulo de rotação.
  • l é a distância que a luz percorre através da amostra, o comprimento do caminho.
  • é a concentração de massa da solução.

Veja também

Referências

links externos