Molecolare Espressioni di Microscopia Primer: Tecniche Specializzate – Angolo di Brewster – Interactive Java Tutorial
Microscopia in Luce Polarizzata
Java Interattivo Tutorial
Angolo di Brewster
la Luce che viene riflessa dalla superficie di un materiale dielettrico (o isolante) il materiale è spesso parzialmente polarizzata, con l’elettrico vettori della luce riflessa di vibrazione in un piano parallelo alla superficie del materiale. Esempi comuni di superfici che riflettono la luce polarizzata sono acqua indisturbata, vetro, fogli di plastica e autostrade. In questi casi, le onde luminose che hanno i vettori di campo elettrico paralleli alla superficie vengono riflesse in misura maggiore rispetto a quelle con orientamenti diversi. Questo tutorial illustra l’effetto di polarizzazione sulla luce riflessa ad un angolo specifico (l’angolo di Brewster) da un mezzo trasparente.
Il tutorial si inizializza con un raggio di luce incidente avente una lunghezza d’onda preselezionata (426 nanometri) che incide sulla superficie di un mezzo dielettrico rettangolare con indice di rifrazione specifico. Per utilizzare il tutorial, utilizzare il cursore Indice di rifrazione per variare il valore tra 1.0 e 3.0. Quando questo cursore viene tradotto, l’angolo dell’onda della luce incidente cambia per mantenere l’angolo Brewster corretto per la riflessione della luce polarizzata. Il cursore di lunghezza d’onda può essere utilizzato per regolare la lunghezza d’onda dell’onda di luce incidente. Sebbene variando la lunghezza d’onda non ha alcuna incidenza sui calcoli angolo Brewster, può contribuire a migliorare il contrasto per consentire una più facile visualizzazione del tutorial. Spostando il cursore dell’angolo di visualizzazione, l’orientamento del supporto rettangolare viene ruotato per ottenere diverse viste prospettiche del fenomeno.
Le proprietà ottiche della superficie isolante determinano l’esatta quantità di luce riflessa polarizzata. Gli specchi non sono buoni polarizzatori, sebbene un ampio spettro di materiali trasparenti funga da ottimi polarizzatori, ma solo se l’angolo della luce incidente è orientato entro certi limiti. Una proprietà importante della luce polarizzata riflessa è che il grado di polarizzazione dipende dall’angolo incidente della luce, con la crescente quantità di polarizzazione osservata per diminuire gli angoli di incidente.
Quando si considera l’incidenza della luce non polarizzata su una superficie isolante piatta, esiste un angolo unico in cui le onde luminose riflesse sono tutte polarizzate in un unico piano. Questo angolo è comunemente indicato come angolo di Brewster e può essere facilmente calcolato utilizzando la seguente equazione per un fascio di luce che viaggia attraverso l’aria:
dove n è l’indice di rifrazione del mezzo da cui viene riflessa la luce, q(i) è l’angolo di incidenza e q(r) è l’angolo di rifrazione. Esaminando l’equazione, diventa ovvio che l’indice di rifrazione di un campione sconosciuto può essere determinato dall’angolo di Brewster. Questa caratteristica è particolarmente utile nel caso di materiali opachi che hanno alti coefficienti di assorbimento per la luce trasmessa, rendendo inapplicabile la solita formula di Legge di Snell. Determinare la quantità di polarizzazione attraverso tecniche di riflessione facilita anche la ricerca dell’asse di polarizzazione su un foglio di pellicola polarizzante che non è segnato.
Il principio alla base dell’angolo di Brewster è illustrato nella Figura 1 per un singolo raggio di luce che riflette dalla superficie piana di un mezzo trasparente con un indice di rifrazione più alto dell’aria. Il raggio incidente è disegnato con solo due piani di vibrazione vettoriali elettrici, ma è destinato a rappresentare la luce che ha vibrazioni in tutti i piani perpendicolari alla direzione di propagazione. Quando il raggio arriva sulla superficie con un angolo critico (angolo di Brewster; rappresentato dalla variabile q in Figura 1), il grado di polarizzazione del raggio riflesso è del 100%, con l’orientamento dei vettori elettrici perpendicolari al piano di incidenza e paralleli alla superficie riflettente. Il piano di incidenza è definito dalle onde incidente, rifratta e riflessa. Il raggio rifratto è orientato ad un angolo di 90 gradi dal raggio riflesso ed è solo parzialmente polarizzato.
Per acqua (indice di rifrazione di 1.333), vetro (indice di rifrazione di 1.515) e diamante (indice di rifrazione di 2,417), gli angoli critici (Brewster) sono rispettivamente 53, 57 e 67,5 gradi. La luce riflessa da una superficie autostradale all’angolo di Brewster produce spesso abbagliamento fastidioso e distraente, che può essere dimostrato abbastanza facilmente osservando la parte lontana di un’autostrada o la superficie di una piscina in una calda giornata di sole. I laser moderni sfruttano comunemente l’angolo di Brewster per produrre luce polarizzata linearmente dai riflessi sulle superfici specchiate posizionate vicino alle estremità della cavità laser.
Autori
Mortimer Abramowitz-Olympus America, Inc., Due unità Centro aziendale., Melville, New York, 11747.
John C. Long, Matthew J. Parry-Hill e Michael W. Davidson-National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.
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