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