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/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 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 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 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? = 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

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

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Esempi di lenti polarizzate (guida) CNR-INOA

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