Optoelettronica - Richiami dell'ottica Geometrica

Otttica geometrica

Un sistema formato lenti e specchi è detto sistema ottico. In tale sistema ottico (che può essere un mezzo omogeneo) si propaga la luce mediante raggi rettilinei (indi fenomeni diffrattivi trascurabili) e tra loro indipendenti. Andiamo a riassumere le due principali leggi dell’ottica geometrica, tra i tanti fenomeni che studia.

Legge della riflessione

Prendiamo in considerazione una superficie riflettente e la normale ad essa. Se un raggio luminoso colpisce la superficie riflettente, con angolo θ_i  (formato dalla normale alla superficie e dal raggio luminoso) detto angolo d’incidenza è uguale all’angolo θ_r, formato dal raggio riflesso e la normale alla superficie.

Legge della rifrazione o Legge di Snell


Aventi due mezzi trasparenti aventi indice di rifrazione rispettivamente n₁ e n₂ e separati da una superficie. Se un raggio luminoso incide su tale superficie di separazione si vengono a formare due raggi. Il primo, che si propaga nel primo mezzo è il raggio riflesso. Il secondo, che si propaga nel secondo mezzo, è il raggio rifratto. Se la superficie di separazione fosse opaca si propagherebbe solo il raggio riflesso (e quindi vale quanto detto sopra). Nel nostro caso, la superficie di separazione è trasparente e quindi il raggio luminoso si propaga anche nel secondo mezzo e il raggio rifratto va a formare con la normale alla superficie un angolo θ₂, che obbedisce alla seguente legge (denominata Legge di Snell):

n₁senθ₁ = n₂senθ₂

Ricordiamo che l’indice di rifrazione è pari al rapporto tra la velocità della luce e la velocità della luce nel mezzo:

 Indi si ha:

Osservazioni:
Angolo critico (o di limite) e angolo di Brewster

Partendo dalla relazione: 

si distinguono due casi.

n₁>n₂ (o n<1)

Si parla di angolo critico quando l’indice di rifrazione del mezzo 1 è maggiore all’indice di rifrazione del mezzo 2. In questo caso si ha un fenomeno di riflessione (interna) totale. L’angolo θ₁, per il quale risulta senθ₂=1 prende il nome di angolo critico. In questo caso non si trasmette più potenza nel mezzo 2 ma viene tutta riflessa.

n₂>n₁ (o n>1)

In questo caso si parla di angolo di Brewster (o angolo di polarizzazione) e il raggio si trasmette nel secondo mezzo e tale onda riflessa è polarizzata perpendicolarmente al piano di incidenza.

Vedremo nel dettaglio tali nozioni nell’appendice. Nel caso in cui è valida la relazione

si ricorre alla teoria della diffrazione.