Riflessione e Rifrazione La natura della luce Ottica geometrica Velocità della luce Dispersione Fibre ottiche

La natura della luce Teoria corpuscolare (Newton) Teoria ondulatoria: proposta già al tempo di Newton, ma scartata perchè necessaria l’esistenza di un mezzo di “supporto” (etere !). Solo nel XIX secolo dopo una lunga serie di esperimenti fu accettata. Teoria quantistica: comportamento corpuscolare nelle interazioni con la materia a livello microscopico (XX secolo). La luce presenta una doppia natura: comportamento ondulatorio comportamento corpuscolare

Ottica geometrica Modello semplificato: Approssimazione dei raggi luminosi l<<d 1

Ottica ondulatoria Effetti interferenziali l~d 1

Riflessione speculare diffusa 1

Riflessione L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione Il cammino del raggio di luce è reversibile Riflessione della luce su una strada. Quale riflessione è speculare e quale è diffusa ? 1

Rifrazione Variazione di direzione del raggio di luce al confine tra due mezzi vi = velocità di propagazione nel mezzo i L’angolo q2 dipende dalle proprietà dei due mezzi secondo la relazione: Legge di Snell 1

Rifrazione vluce in aria 3.0 × 108 m/s, vluce in vetro 2.0 × 108 m/s → perchè ? La luce nel vetro incontra un atomo in A e viene assorbita. L’atomo si mette in oscillazione ed irradia la luce verso un altro atomo B che la assorbe, ed il processo continua (come una staffetta). I processi di emissione ed assorbimento causano un ritardo nella velocità di propagazione media della luce. 1

Rifrazione La luce passando da un mezzo ad un altro viene rifratta perchè la sua velocità media è diversa nei due mezzi. indice di rifrazione ogni sostanza ha il suo indice di rifrazione 1

Rifrazione Quando un’onda passa da un mezzo a un altro la sua frequenza non varia ! I fronti d’onda superano un osservatore in A nel mezzo 1 con una certa frequenza ed incidono all’interfaccia (mezzo 1)/(mezzo 2). La frequenza con la quale i fronti d’onda superano un osservatore in B deve essere identica. Altrimenti si creerebbe un accumulo o una riduzione di onde al confine. Poichè la relazione rimane valida e deve anche essere 1

Esempio di rifrazione Raggio di luce che attraversa una lastra di vetro I raggi incidente ed emergente sono paralleli ma “disassati” di una distanza d. 1

Dispersione Dipendenza dell’indice di rifrazione dalla lunghezza d’onda si chiama dispersione. Effetti della dispersione (es. prisma) 1

Dispersione: arcobaleno 1

Principio di Huygens Il principio di Huygens è una costruzione geometrica per determinare la posizione di un nuovo fronte d’onda dalla conoscenza di un fronte d’onda anteriore. Tutti i punti su un dato fronte d’onda si possono considerare come sorgenti puntiformi di onde sferiche elementari: la superficie tangente risultante è il nuovo fronte d’onda ad un istante successivo. 1

Riflessione interna totale In condizioni di riflessione interna totale la luce non si propaga nel secondo mezzo. La riflessione interna totale si verifica solo quando la luce si propaga da un mezzo di un dato indice di rifrazione ad un mezzo di indice di rifrazione minore. Dalla legge di Snell: 1

Riflessione interna totale: esempi 1

Fibre ottiche 1

Fibre ottiche Applicazione del fenomeno della riflessione interna totale: confinamento della luce. 1

Fibre ottiche Allargamento dell’impulso di luce dovuto alla presenza di traiettorie di lunghezza diversa all’interno della fibra ottica multimodo stepped index. 1

Fibre ottiche Fibra ottica multimodo graded index. Fibra ottica a modo singolo stepped index. Importante per le telecomunicazioni ! 1

Fibre ottiche Cono di accettazione della luce: necessità di un ottimo accoppiamento tra fibre laddove esistono delle giunzioni !!! 1