POLARIMETRÍA

• La polarización • Parámetros de Stokes • Polarímetro • El efecto Zeeman • El efecto Hanle • Polarímetros solares: TIP, ASP, ZIMPOL

POLARIZACIÓN

El fenómeno de polarización de la luz era conocido desde los trabajos de Christian Huygens (1629-1695) pero fue analizado a fondo por Jean Baptiste Biot (1774-1862) a principios del siglo XIX. Tras estudiar el fenómeno sobre un cristal de cuarzo, Biot encontró la existencia de sustancias que giraban el plano de polarización de la luz hacia la derecha (dextrógiras) y otras que lo hacían hacia la izquierda (levógiras) [1].

Por tanto, existen evidencias experimentales que han convencido a la física clásica de que la luz puede tratarse como una onda electromagnética transversal. Una de ellas es la polarización de la luz, bajo determinadas condiciones. En rigor, una onda luminosa puede ser vista como superposición de varias ondas. Podemos considerarla como una superposición de dos ondas luminosas armónicas, perpendiculares, de igual vector de propagación y frecuencia (monocromáticas); en cambio la luz natural las oscilaciones cambian de dirección aleatoriamente [2]. NO SE ENTIENDE BIEN...

En las ondas transversales la función varía sinusoidalmente con el tiempo en una dirección perpendicular a la dirección de propagación. En las ondas EM en concreto, las magnitudes que varían periódicamente en el tiempo y en el espacio son los campos eléctrico y magnético, cada uno perpendicular al otro y a la dirección de propagación de la onda.

Para estudiar la polarización se atiende sólo al campo eléctrico. Si la oscilación del

mismo queda confinada a un plano se dice que la onda está linealmente polarizada, como puede verse en el ejemplo de la figura.

Figura 1: Propagación de ByE

rr . Onda que se propaga en dirección z y está polarizada linealmente

en dirección de E. [3]

Hay varios tipos de polarización, la más general es la polarización elíptica; también tenemos la polarización circular (los dos campos están desfasados, para el caso de la elíptica el módulo de la amplitud no es constante y en la circular sí) y lineal (los dos campos se encuentran en fase, modulo y dirección constante).(fig.1)

Teóricamente, para describir la polarización se establece un sistema de dos ejes en el plano que contiene instantáneamente los campos eléctrico y magnético. En el caso más general, de polarización elíptica, el campo varía de modo que dibuja una elipse en ese plano. Si la luz está circularmente polarizada, el campo dibuja una circunferencia. Ya hemos descrito antes la polarización lineal. Incluso la luz no polarizada puede descomponerse en dos ondas ortogonales polarizadas linealmente, de modo que el estado de la luz queda totalmente determinado mediante las amplitudes del campo en los dos ejes definidos (Ex, Ey) y el desfase relativo entre ambas componentes.

Hay otras formas de describir la polarización de la luz, como los parámetros de Stokes.

PARÁMETROS DE STOKES Los parámetros de Stokes están relacionados con las amplitudes de las componentes del campo eléctrico, xE y yE , resueltos en dos direcciones normales perpendiculares al la dirección de propagación. Si xE y yE , están representados por [ ]xx wtte ∂+cos)( y

[ ]yy wtte ∂+cos)( respectivamente, los parámetros de Stokes quedan definidos como:

)()( 22 teteI yx +=

)()( 22 teteQ yx −=

[ ]yxyx teteU ∂−∂= cos)()(2

[ ]yxyx teteV ∂−∂= sin)()(2

• Donde I es la intensidad total de la onda. • Q y U representan la polarización lineal. Dependiendo del signo indica si es vertical u

horizontal en el caso de Q (0º o 90º) y si es a 45 º o 135º en el caso de U. • V representa la polarización circular. Dependiendo de su signo será dextrógira o

levógira. [4] (En sentido horario/antihorario, según un observador situado de cara a la fuente emisora, es polarización dextrógira/levógira).

La descripción del estado de polarización de la luz policromática precisa de la especificación de estos cuatro parámetros. En este formalismo, el estado de polarización se especifica con un cuadrivector y sus transformaciones lineales con matrices 4x4 llamadas de Mueller. Además, a la hora de medir en la práctica estos cuatro parámetros de Stokes, se necesitan matrices (4xn y nx4) siendo n cualquier número entero.

¿QUÉ ES UN POLARÍMETRO? Los primeros polarímetros fueron diseñados en los años cuarenta del siglo pasado, gracias al uso de los prismas ideados en 1828 por William Nicol (1768-1851). El desarrollo comercial del polarímetro tuvo lugar en Alemania y Francia, debido a su valor en el análisis

del azúcar, lo que llevó a desarrollar un tipo especial de polarímetros, especialmente adaptados para estos análisis, que se denominaron sacarímetros [1].

El principio de estos primeros polarímetros es muy simple(fig. 2). La luz introducida es polarizada en un plano determinado mediante el polarizador (A) y luego se hace pasar a través de la disolución de la sustancia que se pretende analizar. A continuación esta luz pasa por un nuevo polarizador (C) que deberá estar colocado en la posición adecuada para permitir el paso de la luz hasta el objetivo (F), para lo cual se dispone de un sistema que permite girarlo alrededor de un eje. Gracias a la lente (D), podemos leer en máximo de intensidad luminosa. Si medimos este ángulo cuando el recipiente está vacío y cuando el recipiente está lleno con una sustancia ópticamente activa, la diferencia entre ambos valores nos permite calcular el poder rotatorio de la disolución [1].

g

Pero ¿cómo podemos utilizar un polarizador para estudiar el Sol? Se usan polarizadores lineales y retardadores para poder medir el grado y el tipo de polarización de la radiación electromagnética solar. Un polarizador lineal es un elemento óptico que transmite solamente aquella luz cuyo campo eléctrico vibra en un determinado plano. Así, si se hace incidir luz linealmente polarizada sobre él, la intensidad de la luz transmitida será máxima cuando el eje de transmisión del polarizador esté alineado paralelo al de la luz incidente. Será mínima cuando esté orientado perpendicularmente. Por tanto, un polarizador lineal es un analizador de polarización lineal.

En cambio, un retardador es un elemento óptico que modifica el estado de polarización de luz que incide sobre ella, sin variar la intensidad transmitida. Está caracterizado por la orientación de su eje principal, y por el retardo que introduce entre dos componentes del campo eléctrico de la luz incidente, una de ellas paralela al eje y la otra perpendicular. El cambio neto del estado de polarización depende de los valores concretos de estos parámetros. Usados en combinación con un polarizador lineal, se pueden construir analizadores de polarización no lineal.

El polarímetro de polarización circular más general tiene acoplados un polarizador lineal y una lámina de cuarto de onda orientados a 45º de modo que el plano de vibración de la luz que transmite el polarizador forme un ángulo de 45º con el eje óptico de la lámina. Esta lámina produce un desfase de π/2 entre la luz ordinaria y extraordinaria, teniendo a la salida luz polarizada circularmente.[5]

Figura 2: Uno de los primeros polarímetros del siglo XIX

Otra lámina que se suele utilizar es la lámina de media onda, esta lámina produce un desfase de π. Si, por ejemplo, esta lámina es atravesada por una luz polarizada plana de azimut θ respecto a la dirección del eje óptico, a la salida se tendrá también luz polarizada plana pero de azimut 2θ. Así pues, girando la lámina se puede obtener a voluntad un giro del plano de polarización de la luz incidente. [Ver el libro de Justiniano Casas]

El parámetro que mediremos finalmente será una intensidad o suma de intensidades, gracias al polarizador. La señal a la salida del sistema óptico será función de los ángulos β (del eje del polarizador lineal con la vertical, por ejemplo), α (del eje rápido de la lámina retardadora con la vertical), y del retardo δ de la lámina. Y será una cierta combinación lineal de los 4 parámetros de Stokes, según la siguiente expresión:

}sin)](2sin[cos)](2sin[)2cos2sin(

)](2cos[)2sin2cos({21),,(

δαβδαβαα

αβααδβα

−+−−−

−−++=

VUQ

UQIS

¿Cómo medimos los parámetros de Stokes? Se tratará de variar adecuadamente estos ángulos de tal forma que obtengamos todos los parámetros, según el siguiente cuadro:

λ/2 λ/4 Pol. Lin. Idetector 0º 0º 0º ½(I+Q) 45º 0º 0º ½(I-Q) 22.5º 0º 0º ½(I+U) 67.5º 0º 0º ½(I-U) 0º 45º 0º ½(I+V) 0º -45º 0º ½(I-V)

De donde restando la primera y la segunda expresión se obtiene Q, de la tercera y cuarta U, y de las dos ultimas V.[5]

Como puede verse en la figura, un polarímetro se puede construir de forma muy sencilla sólo con dos elementos, un polarizador lineal, que sólo deja pasar el campo eléctrico que vibra en una determinada dirección, y una lámina retardadora, que introduce un desfase

Figura 3: Polarímetro circular [6]

entre las dos componentes en las que se divide el campo. Los detectores sólo miden intensidad, de modo que combinando los elementos ópticos anteriores se pueden obtener en la intensidad de salida combinaciones lineales de todos los parámetros de Stokes. Para conseguir todas las combinaciones posibles de los parámetros de Stokes hay que variar la orientación de los retardadores de forma intermitente. Todo el sistema se puede representar por una matriz de Mueller, de manera que la resolución de un sistema matricial sencillo permite, finalmente, obtener el estado de polarización de la radiación incidente.

EFECTO ZEEMAN:

El efecto Zeeman aparece al someter un átomo a un campo magnético externo, el cual produce un desdoblamiento o separación de ciertos subniveles atómicos (que sin campo magnético se encuentran colapsados con la misma energía) que se puede observar en el espectro correspondiente del átomo. Este efecto lo observó Pieter Zeeman en laboratorio por primera vez en 1896. En Mecánica Cuántica caracterizamos la estructura atómica con los llamados números cuánticos j,l,s y mj , donde mj es el número cuántico magnético que toma los valores entre |l-s| y l+s , siendo l el momento angular orbital total (de los electrones) y s el momento angular de spin total, éste numero cuántico mj está “degenerado” en un átomo que se encuentra en ausencia de un campo magnético externo, lo que significa que niveles electrónicos con distinto valor de mj presentan la misma energía.

Pero si aplicamos un campo magnético, los niveles de energía se desdoblan y se rompe la degeneración, con lo que obtenemos un nuevo patrón de niveles. A este patrón se le pueden aplicar las correspondientes reglas de selección para hallar las transiciones permitidas entre niveles y de esta manera identificar las líneas de desexcitación en el espectro del átomo (fig. 4). El desplazamiento observado en una línea respecto de su posición inicial viene dado por:

∆λ = (λ-λo) ∝ g*λ2B

El desdoblamiento observado crecerá con lambda al cuadrado y con la intensidad de campo B. g* es el factor de Landé asociado a la transición, dependiendo de su valor obtendremos tripletes o multipletes. En general se obtienen multipletes, que es el llamado efecto Zeeman anómalo por motivos históricos (este efecto se observó antes de poder ser

Figura 4: Desdoblamiento de los niveles de Energia y las correspondientes transiciones permitidas según el mecanismo de dipolo eléctrico, que es el término que más contribuye del desarrollo multipolar (el más intenso).

explicado con la Mecánica Cuántica), consistentes en un desdoblamiento simétrico respecto de la línea original. En el caso de que uno de los niveles de la transición tenga un valor de s = 0 se produce el triplete; un par de líneas simétricas además de la original, es el llamado efecto Zeeman normal, que sí podía ser explicado clásicamente.

Según sea la diferencia de valores de mj , las líneas resultantes estarán polarizadas

linealmente en la dirección del campo (mj = 0, líneas denominadas “π”) o resultarán polarizadas circularmente (mj = ± 1, líneas “± σ”). Dependiendo de la dirección de observación seremos capaces de ver unas líneas u otras por un efecto de proyección; si la dirección de observación es paralela al campo podremos ver las líneas σ (pero no la línea π), es lo que se conoce como efecto Zeeman longitudinal. Si, en cambio, nuestra línea de visión es perpendicular al campo, las líneas σ aparecerán como si estuvieran polarizadas linealmente y perpendiculares al campo, que es el efecto Zeeman transversal.[7] Gracias a estas diferencias en la polarización podemos inferir los valores de las componentes que va tomando ??? (¿se refieren a intentar determinar el campo real presente en la zona solar observada, su intensidad, inclinación y azimut?) el campo magnético en una región del espectro solar si nos fijamos en líneas que presenten efecto Zeeman. Por esta razón utilizamos polarímetros en observaciones de manchas solares y otras regiones activas del sol, llegando a obtener una gran resolución espacial.(fig. 5) Las líneas espectrales solares están ensanchadas por ensanchamiento natural, efecto Doppler y procesos colisionales, de modo que la intensidad de campo magnético puede ser insuficiente para distinguir por separado las distintas componentes en que se desdobla una línea por efecto Zeeman, incluso aunque ésta sea sensible al campo (alto g efectivo). Por eso el efecto Zeeman es aplicado especialmente al estudio de manchas, con campos de 2000-3000 gauss. Son muy comunes las medidas de polarización circular por efecto Zeeman longitudinal.

EFECTO HANLE: La polarización de la luz en la atmósfera solar no necesariamente necesita de un campo magnético (efecto Zeeman): el scattering también es capaz de originar polarización.

Figura 5: Líneas mostrando el efecto Zeeman en una región del espectro solar (yo diría que son las líneas de FeI en 6301,5 y 6302,5 A, que tienen factores de Landé efectivos de 3 y 1,7, respectivamente)

Esta polarización resulta ser lineal y muy débil, del orden de 310−=IQ [8] y se explica asumiendo las partículas de la atmósfera solar como osciladores armónicos (fig. 6)

En 1924 Hanle en su laboratorio investigando el efecto de polarización por scattering se dio cuenta de que era modificado por efecto de un campo magnético. Observó dos cosas: el cambio del plano de polarización de la luz lineal y el cambio en la amplitud de dicha polarización. A este fenómeno hoy en día se le conoce como efecto Hanle en su honor.

El efecto Hanle se manifiesta incluso con campos muy débiles y en regiones muy pequeñas del Sol. Recordemos que el efecto Zeeman tenía estas dos grandes desventajas: hace falta un gran campo magnético para que el ensanchamiento de la línea no confunda los datos (ver la explicación en azul que yo añadí al final de la sección anterior), y en zonas pequeñas se produce la cancelación de las dos componentes circulares por lo que, aun con un campo muy intenso, no observaríamos el efecto Zeeman.

En principio esta técnica parece una revolución ya que de un plumazo ha eliminado todos los defectos que conllevaba la medición del efecto Zeeman. No obstante, esta técnica es utilizada con menor frecuencia debido principalmente a que se necesita alta resolución espectral y unas muy buenas medicines polarimétricas. Todo esto lo puede hacer el instrumento ZIMPOL.

POLARÍMETROS SOLARES

• TENERIFE INFRARED POLARIMETER (TIP):

Es un polarímetro diseñado y fabricado en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) para el telescopio solar Vakuum turm Teleskop (VTT) en el que está instalado desde 1999, aunque también podía operar en el Gregory Coude Telescope (GCT. Ambos telescopios

Figura 6: La imagen de la izquierda muestra la polarización de la luz por un centro dispersor (punto negro gordo). La imagen de la derecha muestra como cambia el plano de polarización y la intensidad en presencia de un campo magnético (no mostrado)

situados en el Observatorio del Teide en Tenerife). El investigador principal del proyecto fue Manuel Collados (IAC). El TIP está integrado dentro del espectrógrafo del VTT, formando así un espectropolarímetro que trabaja en el infrarrojo cercano. Se miden todas las longitudes de onda desde 1 hasta a 2.3 mµ (con esto se consigue mayores separaciones de las líneas espectrales causada por el efecto Zeeman). De especial interés son las dos líneas de hierro neutro a 1565.0 nm y He I a 1083.0 nm.

Una de las principales novedades de este polarímetro con respecto a otros similares, es que todos sus elementos ópticos son fijos. Utilizan celdas de cristal líquido. Éstos actúan como retardadores variables cuyo comportamiento viene determinado por un voltaje externo aplicado. Al tipo de cristal líquido que usa TIP se le denomina ferroeléctrico (FLC), habiendo otro tipo de cristales denominados nemáticos. Los nemáticos se comportan como retardadores de eje fijo y su retardo se puede sintonizar de manera continua en un amplio rango de valores en función del voltaje aplicado. Los ferroeléctricos tienen un retardo fijo y su eje puede alternar entre dos posiciones (en TIP se tienen 2 láminas, una λ/2, con orientaciones 0 y 45º, y otra λ/4, con orientaciones a –22.5 y 22.5º). Tienen menos versatilidad que los nemáticos, pero son mucho más fáciles de controlar y de calibrar, además, la respuesta temporal de una celda ferroeléctrica es 1000 veces más rápida que una celda nemática, lo cual es importante para observaciones afectadas por las turbulencias atmosféricas. Con esto conseguimos una modulación en tiempo real, permitiendo así, determinar al mismo tiempo los cuatro parámetros de Stokes varias veces por segundo, ya que los tiempos de exposición que se necesitan son de unos 50 ms.

Algunos resultados que se han obtenido son oscilaciones del campo magnético en manchas solares, material volviendo hacia el interior del Sol en la penumbra de manchas solares, débiles señales de polarización por procesos de dispersión en regiones activas y en calma cerca del borde solar, la concentración y posterior destrucción de una estructura magnética [9], [10], [11].

Fig.7

• EL POLARÍMETRO ASP:( Advanced Stokes Polarimeter)

Introducción El Advanced Stokes Polarimeter fue construido a principios de la década de los 90 en el NSO (National Solar Observatory) con el propósito de alcanzar una alta resolución espacial, lo cual permitiría una valiosa interpretación de regiones solares activas, y una medida cuantitativa del campo magnético a diferentes alturas de la atmósfera solar, en concreto en la fotosfera y en la baja cromosfera, tanto como permitieran las condiciones de observación (el seeing). El instrumento está montado en el Richard B. Dunn Solar Telescope en Sunspot (New Mexico), utiliza el espectrógrafo horizontal y un filtro birrefringente universal, además de óptica adaptativa para la estabilización de la imagen. El polarímetro también utiliza un modulador con óptica de calibración y varios detectores CCD’s, que se utilizan para la posterior demodulación y mediante procesamiento de video se confeccionan mapas espaciales de la polarización en pequeñas regiones del espectro solar. [12] Trabaja en el rango del visible y permite registrar simultáneamente dos regiones espectrales que abarcan líneas sensibles al efecto Zeeman, formadas en la fotosfera y en la baja cromosfera.

Montaje del polarímetro

El montaje del ASP se asienta inmediatamente encima de la ventana de salida del DST. Comprende los siguientes elementos: (fig.8) [12]

Figura 8: El ASP con sus principales elementos

-Una lámina oscura utilizada para bloquear el haz (para la corrección de Bias) o bien por un espejo que cambia de posición para dirigir la luz de la fuente de Flat-Field dentro del camino óptico. -Una fuente de Flat-Field (es una lámpara de cuarzo de 100W) -Un filtro limitador de ancho de banda con una cobertura dieléctrica por una cara que rechaza luz por debajo de 410 nm y por encima de 720 nm; y por la otra cara, está recubierto por un antirreflejante de banda ancha. -Un retardador de calibración (lámina λ/4) y un polarizador lineal modifican el estado del haz de luz atravesando el resto del sistema óptico de una manera conocida y reproducible (para calibrar la respuesta de polarización del instrumento). Ambos elementos de calibración (retardador y polarizador lineal) tienen una desviación del haz menor de 2’ y una capa antirreflejante de banda ancha en ambas caras. Pueden ser insertados dentro del haz individualmente o en tandem y girados en incrementos de 45° para generar los distintos estados de polarización. -Un diafragma de campo está situado en el plano focal primario y reduce el campo de visión a un área de 40x40mm (150’’x150’’). Desde el diafragma de campo el haz pasa al espejo telecéntrico que colima la imagen y forma una imagen de la ventana de entrada en el espejo rápido, el cual, montado a 45° refleja el haz en un plano horizontal hacia el último elemento del polarímetro y después hacia la mesa de instrumentación. - Un retardador giratorio que modula los estados de polarización lineal y circular, cuyas características de retardo se especifican de tal manera que todos los parámetros de Stokes sean modulados con aproximadamente igual eficiencia para las longitudes de onda de interés. Esto es lo realmente importante, y diferente de TIP: que en este caso se utiliza un retardador rotante, en lugar de cristales líquidos ferroeléctricos.

Figura 9 : Diagrama del sistema óptico (no está a escala) , el ASP está comprendido entre el primario y la mesa de trabajo con el resto de dispositivos

• El ZIMPOL: (Zurich Imaging Stokes Polarimeter)

Los sistemas polarimétricos ZIMPOL fueron instalados en diferentes telescopios, uno de ellos la Torre Sueca de La Palma [13], a principios de la década de los noventa en fase experimental. Su buen funcionamiento propició una evolución, el ZIMPOL II, éste instalado en el IRSOL (Instituto Riserche Solari Locarno) en la región de Locarno-Marti en Suiza. Nos centraremos en el primero de ellos. Para hacer polarimetría necesitamos comparar intensidades de diferentes estados de polarización....¿podemos hacerlo con una CCD normal?. Una CCD típica tiene una velocidad de lectura de 50 Hz. Es una velocidad insuficiente para considerar que tenemos intensidades medidas en el mismo espacio y en el mismo tiempo??? Un método para superar esta barrera fue la de separar por zonas la CCD, cada una de ellas dando una señal de salida, y leyendo al final la superposición simultánea de todas estas áreas. No obstante, esta técnica presentaba una gran desventaja: aumentando los puertos de salida obtenemos una velocidad de lectura de 200 Hz (en el caso de 4 puertos) y esta frecuencia cae dentro del rango de frecuencias típico de los cambios de seeing, agregando así un error a los datos. Otro método puede ser el de tomar dos CCD pero esto se descarta rápidamente ya que habría muchos problemas de propagación de errores debido a que son instrumentos diferentes. Un método para resolver estos problemas fue el desarrollado por los suizos del Institute of Astronomy of the ETH, en Zurich, dirigidos por Peter Povel en 1995 [13]. Ellos de forma bastante ingeniosa dieron con una solución muy buena. El funcionamiento de la CCD del ZIMPOL es el siguiente: tapamos con una máscara una fila de cada dos de la CCD. Un modulador piezoelástico* manda una señal modulada, que actúa como una lámina de media o de cuarto de onda convirtiendo la luz solar en luz circular que atraviesa un polarizador lineal. Tenemos entonces una intensidad en función de los parámetros de Stokes. Ahora falta interpretarla adecuadamente. Y es aquí en donde entra el ingenio de Pavel et al: en la CCD se enmascara una fila de cada dos y la fila libre detecta la luz y almacena la carga. Ahora, y de manera sincronizada con el cambio de la orientación de los ejes del polarizador lineal, las cargas almacenadas pasan a las filas enmascaradas quedando descargadas y listas para medir las filas libres. Esto es un ciclo y la operación se realiza varias veces (a la velocidad de la modulación del PEM, 42 kHz [10]) hasta tener una carga total almacenada óptima. Tenemos entonces a la salida dos intensidades, I ′ e I ′′ , ortogonales entre sí gracias al polarizador lineal, cumpliéndose así la ley de Malus

III ′′+′= , en donde I es la intensidad sin el analizador. Ambas intensidades nos dan el grado de polarización de la luz :

IIIIP′+′′′−′′

=

* El modulador utilizado en ZIMPOL I es un modulador piezoelástico PEM. Consiste en un trozo de cuarzo (SiO2) eléctricamente excitado a una frecuencia ω, ópticamente conectado a otro trozo de cuarzo fundido, el cual resuena con esa frecuencia ω, unos 42 kHz. El PEM suele estar emparejado a un polarizador lineal orientado º45± respecto al eje mayor de PEM. El resultado es un vector de Stokes del haz de luz transmitida a través del sistema, donde θ es el ángulo azimutal del PEM. [15]

Luego por técnicas de demodulación (es decir, operar con las imágenes para deshacer las combinaciones lineales de parámetros de Stokes que han sido medidos como intensidades) obtenemos los parámetros de Stokes. El esquema básico de la CCD del ZIMPOL es el siguiente [16]:

Por último, el esquema básico del ZIMPOL es el siguiente [16]:

El ZIMPOL I tiene dos principales ventajas respecto a otros polarímetros:

1. Está libre de efectos de seeing gracias a la alta ratio de modulación (42 kHz) del modulador piezoelástico (PEM).

Figura 11 : El PEM modula la señal pasando luego por el polarizador lineal y llegando la señal por último a la CCD

Figura 10 : Las máscaras alternativamente van tapando las filas en donde llega la intensidad I ′ y las filas en donde llega I ′′

2. Tenemos una lectura muy intensa debida al efecto de acumular cargas en varios

ciclos.

3. Independencia de la eficiencia cuántica de los fotones, también por el hecho de la acumulación de cargas (incidiendo varios fotones sumamos probabilidades)

No obstante, también presenta desventajas:

1. La principal es que dividimos por dos el número de píxeles útiles por lo que baja la calidad de la imagen. Pude ser solucionado con microlentes cilíndricas tales que focalizan en las filas libres el 100% de la luz.

La evolución del ZIMPOL es el ZIMPOL II. Básicamente cambia en dos cosas: utiliza dos PEM y en la CCD se enmascaran ahora tres de cada cuatro filas. De esta manera obtenemos a la vez los cuatro parámetros de Stokes.

CONCLUSIONES :

En el presente trabajo hemos hecho un pequeño estudio acerca de cómo interacciona la radiación electromagnética con el campo magnético a través del efecto Zeeman y el efecto Hanle, una introducción a la polarización de la luz y una descripción del funcionamiento de tres tipos de polarímetros. Estos dispositivos tienen una serie de características en común, pero también unas diferencias fundamentales que repasamos a continuación:

• Los tres polarímetros permiten determinar los cuatro parámetros de Stokes a la vez. • Todos ellos hacen modulación temporal: miden varias veces en un mismo elemento

de resolución, pero en instantes diferentes, es decir, obtienen con un mismo detector secuencialmente (aunque en intervalos de tiempo muy breves) las diferentes medidas de intensidad que son combinaciones lineales de parámetros de Stokes. Otra posibilidad, no contemplada por estos polarímetros, pero sí por otros más antiguos, es hacer modulación espacial, es decir, separar mediante un elemento óptico las combinaciones lineales de parámetros de Stokes. Por ejemplo, un polarímetro de polarización circular clásico puede medir I+V e I-V al mismo tiempo y separarlos espacialmente para que sean registrados por 2 mitades de un mismo detector o por 2 detectores diferentes. El problema en este caso es que la respuesta de las CCD no es exactamente la misma, es decir, el flatfield cambia a lo largo de un mismo detector y de uno a otro. Por eso se suele preferir la modulación temporal; en ese caso es preciso obtener las 4 medidas necesarias para determinar el vector de Stokes completo en el menor tiempo posible para que las condiciones atmosféricas no cambien significativamente,

• La demodulación para obtener la matriz con los parámetros se realiza por software en todos ellos.

• El ZIMPOL se ocupa de medir el efecto Hanle, mientras que los otros dos se destinan a medir el efecto Zeeman

• El TIP trabaja en el rango infrarrojo, mientras que los otros dos trabajan en el visible • El TIP tiene dos moduladores ferroeléctricos de cristal líquido, el ASP tiene una

lámina retardadora convencional (un polímero) y el ZIMPOL tiene un modulador piezoelástico.

Referencias: [1] http://www.uv.es/~bertomeu/material/museo/GUIA8.html [2] Susana Ríos, apuntes de la asignatura de Óptica I [3] http://www.unizar.es/lfnae/luzon/notas/Polarizacion.pdf [4] http://www.atnf.csiro.au/computing/software/atca_aips/nodell.html [5] http://www.iaa.csic.es/~lara/iaa/resumenes.html [5] Manuel Collados, apuntes de la asignatura de Instrumentación Astrofísica [6] Solar Observations: Techniques and interpretation. Edited by F. Sánchez, M. Collados and M. Vazquez. (Description of Polarized Radiation, Egidio Landi Degl'Inoccenti). [7] José Bretón, apuntes de la asignatura de Física Atómica [8] Stix, Michael (2002): “The Sun, an introduction”. 136 [9] http://www.iac.es/gabinete/iacnoticias/1-2001/21.pdf [10] http://www.kis.uni-freiburg.de/obsvtt/instrumentation.htm [11]Full stokes parameters for the canary islands observatories. V. Martinez Pillet et all. 1999. [12]http://nsosp.nso.edu/dst/userman/instruments/advanced-stokes-polarimeter/asp.html [13] http://www.hindspem.com/media/pem-1.pdf [14] y [13] Bianda, Michelle (2003): “Observations of scattering polarization and the Hanle effect in the Sun's atmosphere”, http://www.irsol.ch/Papers/thesis_bianda.pdf”. 7-8 [15] http://oemagazine.com/fromTheMagazine/aug04/ellipse.html [16] http://www.astro.phys.ethz.ch/instrument/zimpol/pages/eev550_nf.html Me permito añadir al trabajo un par de comentarios más: Los llamados magnetógrafos son instrumentos que sólo miden en 2 longitudes de onda a ambos lados de una línea espectral; por ejemplo, es usual que esas posiciones coincidan aproximadamente con los máximos del perfil de V. La diferencia entre las dos señales da información sobre la polaridad de la luz. En situaciones de campo débil (para líneas de factor de Landé alto eso podrían ser 500 G, para líneas con factor de Landé bajo, unos 1000

G) el parámetro de Stokes V resulta λ∂

∂∝

IB con otras constantes. Es crucial el

procedimiento de calibración del magnétografo, que consiste en sintetizar los perfiles de I y V de la línea y ver cuánto vale V para un B dado. Para otras intensidades de campo observadas se conserva la proporción. Posibles problemas que alteran la calibración son que para campos fuertes los picos de V no se hacen más altos, sino que se separan; o la existencia de una velocidad vertical que desplace la línea o efectos de temperatura sobre el perfil. De modo que los magnetógrafos no resultan fiables para obtener medidas cuantitativas, aunque sí cualitativas, con la ventaja de ser rápidos, ya que no miden a lo largo de todo el perfil de la línea. Los espectropolarímetros (polarímetros asociados a un espectrógrafo de rendija) sí obtienen medidas de todo el perfil de la línea. Si se realiza espectroscopía 2D barriendo la

dimensión espacial perpendicular a la rendija se tiene simultaneidad espectral y espacial en la dirección de la rendija: I(y, x(t), λ) y lo mismo para Q, U, V. Este procedimiento es poco adecuado si hay variaciones espaciales en la dirección x que varíen rápidamente en el tiempo. Es mejor para detectar variaciones en altura (z, obtenida a partir del estudio de la línea completa en λ), ya que se registra toda la línea simultáneamente. Otra posibilidad de obtener medidas espectropolarimétricas 2D es utilizar un Fabry Perot asociado a un analizador de polarización. En este caso se tiene I (x, y, λ(t)) y lo mismo para Q, U, V. Esta técnica es inadecuada para estudiar variaciones en el eje z (por ejemplo, una onda de choque propagándose verticalmente), que producirían cambios drásticos en el perfil de la línea con el tiempo. En general, es un método malo para analizar campos de velocidad vertical en una escala temporal más rápida que lo que se tarda en barrer el perfil de la línea.