12. Fotometria – IIIa parte Riflettanza, assorbimento, trasmittanza e

Elena Botta e Giuseppina Rinaudo Corso IFTS Ottici 2003/2004
Spettroscopia e fotometria
12. Fotometria – IIIa parte
Riflettanza, assorbimento, trasmittanza e semitrasparenza nei vetri
La riflettanza è la frazione di flusso luminoso riflesso all’interfaccia fra due mezzi di indice di
rifrazione diverso. Varia rapidamente con la differenza fra gli indici di rifrazione, ha il valore
minimo per incidenza perpendicolare dato dalla relazione:
2
 n '− n 
ρ =
(1)

 n '+ n 
In una lente, la riflessione avviene a entrambe le superfici di separazione, quindi le riflettanze si
sommano. Per incidenza non perpendicolare la riflettanza aumenta con l’angolo e tende a 1 per
incidenza 90°, se n<n’ oppure all’angolo limite se n>n’.
La riflettanza dipende in gnerale debolmente dalla lunghezza d’onda, a meno che si voglia creare
una riflettanza massima o minima a certe lunghezze d’onda con strati antiriflesso.
L’assorbimento a è il flusso luminoso che viene assorbito dal mezzo a causa di impurezze naturali
oppure introdotte ad hoc (atomi di metalli pesanti come Ag) come nelle lenti filtranti.
L’assorbimento normale è
- proporzionale allo spessore della lente,
- proporzionale alla concentrazione di impurezze
- abbastanza uniforme su tutte le lunghezze d’onda del visibile (per mantenere i colori naturali)
In certe lenti l’assorbimento è ottenuto con uno strato filtrante incollato sulla lente.
Casi particolari:
- lenti fotocromatiche: l’assorbimento è indotto e mantenuto dalla luce stessa;
- filtri polarizzanti: l’assorbimento dipende dall’angolo fra la direzione di polarizzazione del filtro
e l’eventuale direzione di polarizzazione della luce.
La trasmittanza è il rapporto fra il flusso trasmesso dalla lente o dal dispositivo ottico e il flusso
incidente:
F
τ = trasmesso
(2)
F incidente
La trasmittanza è pari a
τ = 1-2ρ - a
(3)
Semi trasparenza
Un vetro è contemporaneamente trasparente e riflettente.
Il flusso luminoso trasmesso è il prodotto del flusso incidente su una faccia del vetro per il
coefficiente di trasmittanza; così pure il flusso luminoso riflesso è il prodotto del flusso incidente
sull’altra faccia del vetro per il coefficiente di riflessione.
Poiché i due flussi non sono uguali, l’effetto complessivo dipende dal prodotto dei flussi per i
rispettivi coefficienti e si possono avere situazioni in cui prevale l’immagine riflessa anche se il
coefficiente di riflessione è molto minore di quello di trasmissione.
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Lenti fotocromatiche
Si scuriscono in presenza di una forte intensità luminosa di radiazione di lunghezza d’onda nell’UV
e assorbono la radiazione visibile, mentre poi tornano allo stato chiaro quando cessa l’irraggiamento
UV. Allo stato scuro assorbono radiazione nel visibile, mentre hanno assorbimento molto basso allo
stato chiaro. Il meccanismo è basato sul fatto che, mentre lo ione argento (Ag+) così come il rame
neutro o ionizzato, assorbono solo radiazione UV, l’argento atomico assorbe anche la radiazione
visibile; in dettaglio:
- in fase di fusione del vetro, viene aggiunto un piccolo drogaggio di alogenuri di argento (Ag) e
di rame (Cu) che precipitano formando dei microscopici cristalli (aventi dimensioni dell’ordine
della decina di nm) trasparenti alla luce perché l’argento è ionizzato (Ag+) e non assorbe;
- la radiazione UV, quando viene assorbita da un atomo di Cu, crea elettroni liberi,
- gli elettroni vengono catturati dallo ione argento rendendolo neutro: Ag+ + e-à Ag;
- l’argento neutro assorbe fortemente la radiazione visibile (a differenza del Cu neutro che
assorbe solo nell’UV) e torna allo stato di ione;
- il meccanismo si mantiene finché dura la presenza di radiazione UV e il numero di atomi Ag
che continuamente si formano è proporzionale al tempo di esposizione alla radiazione UV;
- cessata la radiazione UV, la lente si schiarisce man mano che gli atomi neutri di Ag tornano allo
stato ionizzato.
Lente fotocromatica
a) non esposta,
b) dopo 22 min di esposizione,
c) dopo qualche secondo dalla
fine dell’esposizione,
d) dopo 3 min dalla fine,
e) f) g) dopo tempi crescenti dal
termine dell’esposizione
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Lente fotocromatica:
- a sinistra in fase di
oscuramento per esposizione
a irraggiamento UV,
- a destra in fase di ricupero
dopo l’esposizione.
Esercizi
Se anziché un unico salto di indice di rifrazione da n=1 a n=1,5 si crea uno strato intermedio di
indice di rifrazione pari a 1,3, calcolare di quanto si riduce la riflettanza.
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