diff --git a/chapters/1-introduction.tex b/chapters/1-introduction.tex index a21acc8..528d75d 100644 --- a/chapters/1-introduction.tex +++ b/chapters/1-introduction.tex @@ -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}