¿A dónde va la energía cuando la luz pasa a través de un filtro polarizador?

Supongamos que una luz polarizada tiene intensidad I.
Pasaría a través de un polarizador (también conocido como Polaroid) cuyo eje de transmisión está en ángulo θcon el vector E, la intensidad se convierte en Icos2θ (ley de Malus).

Si enciende luz sobre una lámina de metal, entonces ninguna de la luz pasa a través de la lámina porque los metales son opacos. La razón de esto es que los metales contienen electrones móviles y estos electrones pueden moverse en respuesta al campo eléctrico oscilante de la luz. Entonces, la energía de la luz entrante se absorbe al hacer que los electrones se muevan.

(En un metal, la luz se reradia posteriormente, por lo que se refleja en el metal, pero ignoremos este detalle por ahora, aunque volveremos sobre él más adelante).

Ahora suponga que tiene una lámina de metal que solo puede conducir en una dirección. Por ejemplo, suponga que podría conducir verticalmente hacia arriba y hacia abajo de la hoja, pero no horizontalmente hacia la izquierda y hacia la derecha. La luz que tenía su campo eléctrico alineado verticalmente haría que los electrones se movieran verticalmente y no pasaran a través de la lámina. Sin embargo, la luz que tenía su campo eléctrico alineado horizontalmente no podía hacer que los electrones se movieran porque el metal no podía conducir en esa dirección, por lo que la luz alineada horizontalmente pasaría a través de la lámina.

Y así es como funcionan los polarizadores. En efecto, son conductores unidimensionales al igual que la hipotética lámina de metal que describí anteriormente. Si el campo eléctrico de la luz está alineado con la dirección de conducción, entonces la luz está bloqueada, pero si el campo eléctrico de la luz está en ángulo recto con la dirección de conducción, la luz atraviesa. Por lo tanto, la luz que pasa a través de la lámina está polarizada.

Pero hasta ahora no hemos considerado su pregunta específica, es decir, dónde va la energía de la luz, y para comprender esto, debemos volver al punto que mencioné anteriormente, es decir, que los metales reflejan la luz.

Los metales reflejan la luz porque son muy buenos conductores. El campo eléctrico de la luz hace que los electrones oscilen, y los electrones oscilantes vuelven a irradiar su energía como luz. El resultado final es que la energía de la luz se refleja.

Pero los materiales utilizados en los polarizadores son malos conductores. El campo eléctrico hace que los electrones se muevan, pero la energía de los electrones se pierde muy rápidamente debido a las interacciones con la red cristalina del material antes de que se pueda volver a irradiar. Entonces, en los polarizadores, la energía no se refleja, sino que se convierte en vibraciones reticulares, que son solo calor. El resultado final es que para cualquier luz alineada en la dirección de conducción, el polarizador absorbe la luz y la convierte en calor.

Dependiendo del material del polarizador, ya sea en el polarizador mismo, calentándolo o reflejado.

Esta es la razón por la cual el material del filtro óptico utilizado en los equipos láser de alta intensidad debe tener clasificaciones de energía, para evitar el sobrecalentamiento de todas las fotos que tiene que absorber.