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lorenzo.zolfanelli93 4 years ago
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@ -673,6 +673,7 @@ l'interfaccia tra due materiali diversi.
Un'onda elettromagnetica monocromatica piana con vettore d'onda
$\vec{k}$ sarà descritta dal campo elettrico
\begin{equation}
\label{eq:e_field}
\vec{E}(\vec{r},t) =
\vec{E}_0 * \Re \left(
e^{i(
@ -731,16 +732,81 @@ d'onda trasmesso è data da:
(\vec{k}_t)_x
= \sqrt{k_t^2-(\vec{k}_t)_z^2}
= \sqrt{k_t^2-(\vec{k}_i)_z^2}
= \sqrt{k_t^2-k_i^2 \sin^2(\theta_i)}
= \sqrt{k_t^2-k_i^2 \sin^2\theta_i}
= \frac{n_1 \omega}{c} \sqrt{
\left(\frac{n_2}{n_1}\right) - \sin^2(\theta_i)
\left(\frac{n_2}{n_1}\right) - \sin^2\theta_i
}\\
= \frac{n_1 \omega}{c}\sqrt{
\sin^2(\theta_c) - \sin^2(\theta_i)
\sin^2\theta_c - \sin^2\theta_i
}
\end{multline}
Per angoli di incidenza maggiori rispetto a quello critico,
$\theta_i > \theta_c$, il termine sotto radice diventa negativo.
Si ottiene quindi una componente $(\vec{k}_t)_x$ immaginaria pura.
Si ottiene quindi una componente $(\vec{k}_t)_x$ immaginaria pura:
\begin{multline}
\vec{k}_t =
\left(
\frac{n_1 \omega}{c}\sqrt{
\sin^2\theta_i - \sin^2\theta_c
}
\right) i \vec{\hat{x}}
+ \left(
\frac{n_1 \omega}{c} \sin\theta_i
\right) \vec{\hat{z}} = \\
= \alpha i \vec{\hat{x}}
+ \left(
\frac{n_1 \omega}{c} \sin\theta_i
\right) \vec{\hat{z}}
\end{multline}
Possiamo ottenere ora l'espressione del campo elettrico trasmesso
sostituendo $\vec{k_t}$ nell'espressione \ref{eq:e_field}:
\begin{equation}
\vec{E}_t(\vec{r},t)
= \vec{E}_{t,0} \Re \left(
e^{i(
\vec{k}_t \cdot \vec{r}-\omega t
)}
\right)
= \vec{E}_{t,0} \Re \left(
e^{i \left[
\left(n_1\omega\sin\theta_i/c\right) z
-\omega t
\right]}
\right)
e^{-\alpha x}
\end{equation}
L'ampiezza del campo elettrico trasmesso decade quindi
esponenzialmente all'aumentare della distanza dalla superficie di
separazione.
Possiamo definire la profondità di penetrazione $d_p$ come il valore
di $x$ per il quale l'ampiezza del campo elettrico è scesa a $1/e$
del valore iniziale:
\begin{equation}
d_p
= \frac{1}{\alpha}
= \frac{c}{n_1 \omega} \frac{1}{\sqrt{
\sin^2\theta_i - \sin^2\theta_c
}}
= \frac{\lambda_0}{2 \pi n_1} \frac{1}{\sqrt{
\sin^2\theta_i - \sin^2\theta_c
}}
\end{equation}
Questo valore è importante per capire qual è la profondità massima
di un fluoroforo affinché questo possa scambiare energia con
l'onda evanescente ed emettere fluorescenza.
Se consideriamo gli indici di rifrazione tipici del vetrino
coprioggetti ($n_1 \approx 1.5$) e di una soluzione acquosa
($n_2 \approx 1.3$) otteniamo un angolo critico $\theta_c \approx
\SI{60}{\degree}$.
Considerando una lunghezza d'onda di eccitazione tipicamente usata
in microscopia di fluorescenza, $\lambda_0 = \SI{532}{\nm}$, e
un angolo di incidenza $\theta_c \approx \SI{65}{\degree}$,
otteniamo una profondità di penetrazione $d_p$ di circa \SI{800}{\nm}.
\subsection{HILO}

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