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Viernes 16 de marzo de 2018

Weekly Tip INAMAT: REFLEXION Y REFRACCION ANOMALA EN MEDIO ANISOTROPOS

Por Coro Alberdi y José Manuel Diñeiro


La refracción y reflexión de la luz son dos de los fenómenos más fundamentales en óptica. Estos fenómenos en la interfase de dos medios son los mecanismos subyacentes utilizados para dirigir la luz en distintos dispositivos ópticos.
En general, si trazamos la normal a la superficie de separación entre los medios, el rayo refractado y el rayo reflejado están al otro lado de la normal que el rayo incidente. En algunas situaciones la luz se dobla y el rayo refractado o reflejado está en el mismo lado de la normal que el rayo incidente. Este mecanismo es conocido como refracción o reflexión negativa. Inicialmente estudiado en metamateriales se ha visto que puede obtenerse también en cristales anisótropos tanto transparentes como absorbentes.

Hay 7 sistemas cristalinos, de los cuales solo el sistema cúbico se corresponde con medios isótropos.  Incluso estos pueden llegar a ser ópticamente anisótropos en presencia de agentes externos.  Los medios ópticamente anisótropos se caracterizan porque sus propiedades físicas dependen de la dirección de propagación y de la orientación del medio, pudiendo en general para cada dirección de propagación propagarse dos ondas cada una con un índice de refracción distinto.  Se llaman medios anisótropo uniáxicos cuando sólo existe un eje óptico y biáxico cuando tienen dos ejes ópticos, estando definida esta clasificación en medios transparentes.

 El índice de refracción, n, que en medios transparentes es un valor real,  se traduce en  un número complejo,  al estudiar la propagación en  el caso de medios absorbentes.  El conocimiento de estos índices en función de la dirección de propagación de la onda y de la orientación del medio es fundamental para cualquier estudio posterior. Investigadores del INAMAT están estudiando el valor del índice de refracción tanto de medios uniáxicos como biáxicos bien transparentes como absorbentes. La figura representa el índice de refracción n (figura a la izquierda) y el coeficiente de absorción k (figura a la derecha), de las dos ondas que pueden propagarse en las distintas orientaciones del plano principal XZ de un medio biáxico.

Una vez obtenidos los índices de refracción complejos de las ondas reflejadas o refractadas, para cualquier dirección de propagación de la onda incidente podemos analizar las propiedades y orientación de los medios en los que se produce la refracción y reflexión negativa. Hemos estudiado estas condiciones para medios uniáxicos absorbentes.

En las figuras anexas vemos los ángulos límites de incidencia (  ) desde un medio isótropo a medios uniáxicos transparentes con índice de refracción    =2 y variando , y los ángulos límites a medios uniáxicos absorbentes con   =2, =1.6,  =0.2 y variando  .  Estas representaciones son para distintas orientaciones del eje óptico respecto a la normal a la superficie de separación ( )

 



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