|
@ -673,6 +673,7 @@ l'interfaccia tra due materiali diversi. |
|
|
Un'onda elettromagnetica monocromatica piana con vettore d'onda |
|
|
Un'onda elettromagnetica monocromatica piana con vettore d'onda |
|
|
$\vec{k}$ sarà descritta dal campo elettrico |
|
|
$\vec{k}$ sarà descritta dal campo elettrico |
|
|
\begin{equation} |
|
|
\begin{equation} |
|
|
|
|
|
\label{eq:e_field} |
|
|
\vec{E}(\vec{r},t) = |
|
|
\vec{E}(\vec{r},t) = |
|
|
\vec{E}_0 * \Re \left( |
|
|
\vec{E}_0 * \Re \left( |
|
|
e^{i( |
|
|
e^{i( |
|
@ -731,16 +732,81 @@ d'onda trasmesso è data da: |
|
|
(\vec{k}_t)_x |
|
|
(\vec{k}_t)_x |
|
|
= \sqrt{k_t^2-(\vec{k}_t)_z^2} |
|
|
= \sqrt{k_t^2-(\vec{k}_t)_z^2} |
|
|
= \sqrt{k_t^2-(\vec{k}_i)_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{ |
|
|
= \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{ |
|
|
= \frac{n_1 \omega}{c}\sqrt{ |
|
|
\sin^2(\theta_c) - \sin^2(\theta_i) |
|
|
|
|
|
|
|
|
\sin^2\theta_c - \sin^2\theta_i |
|
|
} |
|
|
} |
|
|
\end{multline} |
|
|
\end{multline} |
|
|
|
|
|
|
|
|
Per angoli di incidenza maggiori rispetto a quello critico, |
|
|
Per angoli di incidenza maggiori rispetto a quello critico, |
|
|
$\theta_i > \theta_c$, il termine sotto radice diventa negativo. |
|
|
$\theta_i > \theta_c$, 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} |