La polarizzazione e le lenti polarizzate Luca Mercatelli

La polarizzazione e le lenti polarizzate Luca Mercatelli CNR-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 polarizzazione di un fascio di luce è la direzione del campo el. Fascio non polarizzato è la sovrapposizione di onde di polarizzazione diversa, mediamente nulla. Polarizzazione lineare è polarizzazione costante (definisce un 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-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 Polarizzata La 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

Birifrangenza La 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 del campo elettrico lungo una certa direzione (polarizzatori) Se l’onda polarizzata ha intensità I 0, all’uscita dell’analizzatore I = Io cos 2 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 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

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

La Polarizzazione per Riflessione n i = angolo di Brewster o di polarizzazione Quando tang i = n si ha radiazione totalmente polarizzata in piani perpendicolari a quello di incidenza (A) e quindi paralleli alla superficie S. 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 Altezza. Sole)

Il mare visto con un polarizzatore http: //www. colorado. edu/physics/2000/applets/polarized. html

Effetto di un polarizzatore sulla riflessione CNR-INOA

Effetto di un polarizzatore sulla luce diffusa

CNR-INOA

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport) CNR-INOA

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport) CNR-INOA

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport) CNR-INOA

Esempi di visione con lenti polarizzate (guida e sport) CNR-INOA

Esempi di lenti polarizzate (guida) CNR-INOA

Esempi di lenti polarizzate (guida) CNR-INOA Drivewear video