La polarizzazione e le lenti polarizzate

Luca MercatelliCNR-Istituto nazionale di Ottica Applicata

Un vettore• La luce è campo elettromagnetico che varia

nel tempo e nello spazio• La luce è un’onda• Il campo elettrico è un vettore

Il vettore campo elettrico

• Il vettore campo elettrico è sempre ortogonale alla direzione di propagazione dell’onda.

• La direzione di polarizzazione è quella del vettore campo elettrico

• Il fatto che il campo elettrico sia un vettore è fondamentale!!!!

Polarizzazione

Direzione di polarizzazionedi un fascio di luce è ladirezione del campo el.

Fascio non polarizzato è lasovrapposizione di onde dipolarizzazione diversa, mediamente nulla.

Polarizzazione lineare èpolarizzazione costante (definisceun piano di polarizzazione)

Polarizzazione lineare

Esegui tipi di polarizzazione applet

http://webphysics.davidson.edu/physlet_resources/dav_optics/examples/polarization.html

http://www.amanogawa.com/archive/Polarization/Polarization-2.html

Come nasce la polarizzazione lineare

• Quando le componenti lungo x e y del vettore campo elettrico sono in fase tra loro

Esegui tre tipi di polarizzazione variando l’ampiezza delle due componenti

Come una palla attaccata al soffitto

• Mettendo in moto una palla attaccata con un filo al soffitto l’oscillazione più “tipica” non è quella lineare

Polarizzazione ellittica

Esegui tre tipi di polarizzazione ponendo lo sfasamento a 30° o a 60°

Polarizzazione circolare

Esegui tre tipi di polarizzazione ponendo lo sfasamento a 90°

Esegui tipi di polarizzazione apple

La polarizzazione più comune

• Solitamente la direzione di polarizzazione cambia continuamente in maniera casuale.

• In questo caso si parla di luce non polarizzata

Radiazione PolarizzataLa polarizzazione della radiazione elettromagnetica è una

proprietà che dipende sia dal suo carattere ondulatorio sia dalla

natura della sorgente che genera la radiazione. Cortesia G.Boccaccini

BirifrangenzaLa birifrangenza è la scomposizione di un raggio di luce in due raggi che avviene quando esso attraversa particolari mezzi anisotropi, a seconda della polarizzazione della luce.Per uno dei due raggi uscenti vale la legge di Snell: per questo viene chiamato ordinario; l'altro raggio, per cui essa non vale, viene chiamato straordinario. I due raggi uscenti risultano polarizzati linearmente e ortogonalmente l'uno all'altro, indipendentemente dalla polarizzazione del raggio di luce incidente.La velocità di attraversamento, quindi l’indice di rifrazione, è diversa per i due assi del materiale, quindi le due componenti del campo risultano sfasate (una arriva dopo)

Birifrangenza• L’indice di rifrazione di un materiale dipende

dalla direzione di polarizzazione di un materiale

• Il diverso indice di rifrazione genera uno sfasamento tra due direzioni di polarizzazioni ortogonali.

• Accade quando i materiali sono fatti di molecole asimmetriche

Birifrangenza

Il polarizzatore• Anche il coeficente di assorbimento del materiale

è diverso per luce polarizzata in diverse direzioni• La luce con una polarizzazione passa, quella con

polarizzazione ortogonale viene bloccata• Non la direzione della luce, ma la direzione di

polarizzazione

Il polaroid

• Inventato da Land

Luce che arriva su un polarizzatore

• Quando arriva luce con una certa direzione di polarizzazione, solo una certa componente passa, per questo un polarizzatore è scuro

Assorbimento selettivo (Polaroid)

Certi materiali trasmettono solo la componente delcampo elettrico lungo una certa direzione (polarizzatori)

Se l’onda polarizzata ha intensità I0,

all’uscita dell’analizzatore I = Io cos2 θ (Legge di Malus)

Riprendiamo la Birifrangenza:• Il caso di un materiale birifrangente ed un polarizzatore accoppiati

• Lamina “lambda quarti”, sfasa lungo i due assi lento e veloce di ¼

• Se pongo l’asse lento e veloce della lamina a 45°rispetto al polarizzatore ho luce polarizzata circolarmente: polarizzatore circolare

Polarizzatore da macchina fotografica• E’ un polarizzatore circolare

• È perciò sensibile alla luce polarizzata linearmente

• Perché si usa un polarizzatore circolare?

• Le riflessioni su lenti ed oggetti ottici dipendono dalla direzione di polarizzazione. Per non avere gradienti di illuminazione

La luce polarizzata

La polarizzazione di una radiazione naturale può avvenire mediante:

• Polarizzazione per riflessione

• Polarizzazione per diffusioneCon diffusione o scattering si intende il fenomeno per cui la radiazione viene riemessa in direzioni diverse da quella di incidenza. Minore è la lunghezza d’onda e maggiore è la diffusione: il blu diffonde più del rosso, anche all’interno dell’occhio

Polarizzazione per riflessione

• L’angolo di Brewster si ha quando il raggio riflesso e il raggio rifratto formano un angolo retto

sin isin r

n2

n1

r 90 i

sin r cos i

sin icos i

n2

n1

tan i n2

n1

La Polarizzazione per Riflessione

n

Quando tang i = n si ha radiazione totalmente polarizzata in

piani perpendicolari a quello di incidenza (A) e quindi paralleli alla

superficie S.

i = angolo di Brewster o di polarizzazione

Cortesia G.Boccaccini

Esercizio su Brewster

Si vuole usare una lastra di vetro di indice n=1.5 come polarizzatore. A che angolo deve incidere la luce sul vetro per essere integralmente polarizzata?

= arctan 1.50= 56.3°

Ed a che angolo deve incidere la luce sul mare (n=1.33) perchè la parte riflessa sia integralmente polarizzata?

q = arctan 1.33= 53.1°

…quindi a che ora?!? (calcola con programmino AltezzaSole)

Il mare visto con un polarizzatore

http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/polarized.html

CNR-INOA

Effetto di un polarizzatore sulla riflessione

Effetto di un polarizzatore sulla luce diffusa

CNR-INOA

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)

Esempi di lenti polarizzate (guida)

Esempi di lenti polarizzate (guida)

Drivewear video