Filtro polarizzatore
Che cos'è un filtro polarizzatore?
Per ottenere un fascio di luce polarizzata è necessario utilizzare dei filtri che sono detti filtri polarizzatori o Polaroid.
Molto spesso nell'ambito fotografico si utilizzano dei filtri per ottenere degli effetti particolari o molto semplicemente essi si possono ritrovare negli occhiali da sole.
Consideriamo un'onda non polarizzata, cioè un'onda in cui il campo elettrico oscilla in tutte le direzioni, che incide perpendicolarmente su un filtro. All'uscita del filtro il fascio emergente risulterà polarizzato.
Il piano di polarizzazione del fascio emergente dipende da come è realizzato il filtro; esso possiede infatti una direzione privilegiata che lascia passare solo quella direzione del campo elettrico e che dipende dalla particolare disposizione delle molecole al suo interno.
Si definisce filtro polarizzatore ideale un filtro che trasmette senza perdite il fascio incidente se esso possiede un campo elettrico che vibra parallelamente alla direzione privilegiata del Polaroide mentre lo assorbe completamente se il piano di polarizzazione risulta ortogonale alla direzione privilegiata.
Legge di Malus
La legge di Malus afferma che l'intensità della luce trasmessa da un filtro polarizzazione in caso di polarizzazione incidente lineare è pari all'intensità incidente per il coseno al quadrato dell'angolo compreso tra la direzione di polarizzazione dell'onda incidente e la direzione di polarizzazione del polarizzatore:
Itrasmesso = I0 ∙ cos2α
In cui I0 è l'intensità della luce incidente ed α l'angolo tra la direzione di polarizzazione dell'onda incidente e la direzione di polarizzazione del filtro polarizzatore.
Quando la luce naturale attraversa un filtro polarizzatore l'intensità che ne risulta trasmessa è pari alla metà di quella incidente. La luce quindi si dice adesso polarizzata linearmente.
Dunque un filtro polarizzatore lascia passare il 50% di un fascio di luce non polarizzato.
Ora data la direzione di polarizzazione di un ulteriore filtro polarizzatore e dato il campo elettrico dell'onda incidente polarizzata linearmente con un certo angolo rispetto alla direzione di polarizzazione del filtro avremo che soltanto la componente del campo elettrico proiettata nella direzione del filtro polarizzatore verrà trasmessa.
Tale componente è pari alla componente iniziale del campo elettrico moltiplicata per il coseno dell'angolo compreso tra le due direzioni. Dunque l'intensità trasmessa dal filtro polarizzatore sarà pari all'intensità iniziale moltiplicata per il coseno al quadrato dell'angolo tra il campo elettrico e la direzione di polarizzazione poiché l'intensità dell'onda è proporzionale al campo elettrico al quadrato.
Due filtri polarizzatori accoppiati
Cosa succede quando ci sono due filtri polarizzatori posti uno dopo l'altro e attraverso cui si lascia passare un fascio di luce inizialmente non polarizzato?
Sapendo che gli angoli che i due assi di trasmissione dei due filtri formano con la verticale sono rispettivamente α1 e α2:
la luce incidente non è polarizzata e quindi esce dal primo filtro polarizzatore con intensità dimezzata; detta I0 l'intensità del fascio incidente, l'intensità della luce all'uscita del primo filtro sarà dunque pari a I0/2.
Il fascio in uscita dal primo filtro polarizzatore avrà il campo elettrico oscillante soltanto lungo la direzione privilegiata del primo filtro quindi lungo la direzione inclinata dell'angolo α1 rispetto alla verticale.
Il fascio così polarizzato incide sul secondo polarizzatore e adesso l'angolo tra l'asse del secondo polarizzatore e la direzione della luce polarizzata sarà data dalla differenza dei due angoli α2 - α1.
Applicando la legge di Malus allora l'intensità del fascio trasmesso risulta:
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Esercizi svolti di polarimetria
Esercizio svolto e commentato sulla legge di Malus
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