MEDIOS ANISOTRÓPICOS

MEDIOS ANISOTRÓPICOS

Son propiedad que presentan ciertos cuerpos consistentes en la dependencia de sus propiedades de la dirección que en ellos se considere. El fenómeno de la anisotropía es debido a la ordenación espacial de los átomos en la red cristalina y afecta a las propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas de los materiales.

Los medios anisotrópicos se caracterizan por presentar distintas propiedades ópticas, eléctricas o mecánicas para distintas direcciones. En óptica los medios anisótropos se usan principalmente en la fabricación de componentes que modifican el estado de polarización de la luz.

COMPOSICIÓN Y COMPORTAMIENTO DE LOS MEDIOS ANISOTRÓPICOS ANTES LAS MICROONDAS

Composición Los Medios Anisotrópicos Antes Las Microondas:

Los anisotrópicos están compuestos por cristales anisótropos y polarizadores dicroicos.

Cristales anisótropos: La anisotropía de estos medios está relacionada con su estructura cristalina. La constante dieléctrica, ε, que en los medios isótropos es un escalar, en los cristales anisótropos es un tensor. Debido a ello en estos medios se produce el fenómeno de la birrefringencia o doble refracción. Un cristal birrefringente, como la calcita o el cuarzo, separa los haces de luz monocromática en dos haces con polarizaciones ortogonales entre sí y que en general se propagan en direcciones diferentes y con distintos índices de refracción (o lo que es lo mismo, distintas velocidades). Dependiendo de si el medio es uniáxico o biáxico, habrá una o dos direcciones (ejes ópticos) para las cuales los dos haces se propagarán paralelos y a la misma velocidad

Polarizadores: Para polarizar la luz en el visible se suelen emplear dos tipos de polarizadores: los polarizadores dicroicos y los polarizadores birrefringentes.

Los primeros están hechos de láminas de materiales dicroicos, que se caracterizan por tener un coeficiente de absorción muy elevado en una determinada dirección (eje de absorción) y prácticamente nulo en la dirección perpendicular (eje de transmisión). Estos polarizadores se suelen denominar polaroides, son de reducido coste y se pueden fabricar en láminas de hasta 1 m de diámetro. Su principal desventaja está en que el grado de polarización de la luz que producen depende de la longitud de onda.

Comportamiento De Los Medios Anisotripicos:

Las aleaciones corrientes están constituidas por millones de pequeños cristales y, si están orientados al azar, las propiedades medias son las mismas en todas las direcciones, esto hace que el material sea isótropo. Sin embargo, como resultado de los procesos de colada, laminado o tratamientos térmicos, es posible que los granos de una barra policristalina adopten una orientación casi idéntica en cuyo caso la barra presentará un comportamiento anisótropo que, por ejemplo, puede hacer aumentar en gran medida su rigidez en una dirección.

En cuanto a las propiedades eléctricas, un aspecto interesante de la resistividad es su dependencia de la dirección de la corriente eléctrica en los monocristales de metales no cúbicos. Esta anisotropía de la resistividad se utiliza en dispositivos eléctricos especiales.

Algunos materiales son ópticamente anisótropos, es decir, la velocidad de la luz depende de la dirección en que ésta se propague a través de ellos y esto da lugar al fenómeno de la doble refracción. Otros materiales anisótropos, como la turmalina o la materia plástica transparente llamada polaroid, sólo transmiten la luz orientada en ciertas direcciones de manera que convierten la luz no polarizada en luz polarizada y pueden funcionar como polarizadores.

Las sustancias isotrópicas presentan siempre el mismo comportamiento independientemente de la dirección, mientras que en las anisotrópicas las propiedades varían con la dirección. En el caso de la luz, los cristales anisótropos presentan distintos valores de su índice de refracción en función de la dirección en que vibre la luz al atravesar el cristal.

La anisotropía es una consecuencia de la estructura interna del mineral. Si carece de organización interna (minerales amorfos) o si presenta una organización muy regular son isótropos, los demás son anisótropos.

Los minerales que cristalizan en el Sistema Cúbico (o Regular), es decir, el de máxima simetría, con sus átomos o iones igualmente distribuidos en las tres direcciones principales del espacio, son isótropos. Los pertenecientes al resto de los sistemas cristalinos (hexagonal, trigonal, tetragonal, rómbico, monoclínico y triclino) son anisótropos, las disposiciones de sus elementos constituyentes varían con la dirección y por tanto su elasticidad para las ondas luminosas también es diferente.

Doble refracción: Cada onda se descompone en dos ondas Cuando un rayo de luz atraviesa un cristal anisótropo se descompone en dos rayos cuyas ondas vibran en planos perpendiculares.

Uno de los rayos cumple con las leyes físicas de la refracción (rayo ordinario) mientras que el otro no (rayo extraordinario). Ambos tienen valores diferentes del índice de refracción (vibran con direcciones diferentes).

Ambos rayos siguen caminos diferentes dentro del cristal, pero a la salida de este se puede considerar que siguen caminos paralelos aunque las direcciones de vibración continúan siendo perpendiculares.

Esta simplificación es correcta ya que en una emisión de ondas luminosas hay un número infinito de rayos paralelos y, como se muestra la figura siguiente, el componente extraordinario de un rayo (3e) se superpone con el componente ordinario (2o) de una onda inmediatamente próxima. El resultado es que a la salida del cristal por cada onda primitiva existen dos que vibran en planos perpendiculares siguiendo un único camino de propagación.

Como la velocidad será distinta para cada dirección de vibración, estas dos ondas irán desfasadas, habrá un retardo (delta, en la figura) a la salida del cristal que dependerá de la naturaleza del mineral y de su espesor.

Indicatriz óptica: Como el índice de refracción (n) varía con la dirección de vibración de las ondas luminosas es de gran utilidad visualizar los valores de "n" para todas las direcciones posibles de vibración y propagación (recordad que ambas direcciones son perpendiculares) para un determinado cristal. La figura resultante se le denomina indicatriz óptica.

Por tanto, las indicatrices ópticas representan los valores de "n" para todas

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