La polarizzazione e le lenti polarizzate
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La polarizzazione e le lenti polarizzate
Luca MercatelliCNR-Istituto nazionale di Ottica Applicata
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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
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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!!!!
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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)
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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
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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
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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
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Polarizzazione ellittica
Esegui tre tipi di polarizzazione ponendo lo sfasamento a 30° o a 60°
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Polarizzazione circolare
Esegui tre tipi di polarizzazione ponendo lo sfasamento a 90°
Esegui tipi di polarizzazione apple
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La polarizzazione più comune
• Solitamente la direzione di polarizzazione cambia continuamente in maniera casuale.
• In questo caso si parla di luce non polarizzata
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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
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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)
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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
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Birifrangenza
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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
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Il polaroid
• Inventato da Land
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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
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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)
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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
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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
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La luce polarizzataLa polarizzazione di una radiazione naturale può avvenire mediante:
• Polarizzazione per riflessione• Polarizzazione per diffusione
Con 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
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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
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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
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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?
= arctan 1.33= 53.1°
…quindi a che ora?!? (calcola con programmino AltezzaSole)
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Il mare visto con un polarizzatore
http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/polarized.html
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CNR-INOA
Effetto di un polarizzatore sulla riflessione
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Effetto di un polarizzatore sulla luce diffusa
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CNR-INOA
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Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)
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Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)
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Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)
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Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport)
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Esempi di lenti polarizzate (guida)
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Esempi di lenti polarizzate (guida)
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