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Titolo: Dubbi sulla riflessione (corretto)

Per il moderatore: c'era un lapsus nella precedente versione di questo
messaggio, se possibile accettate questo e scartate l'altro.
Salve a tutti.
Mi sono reso conto di avere un paio di dubbi su una questione elementare,
che non riesco a risolvere da solo. Ve li sottopondo scusandomi, perche'
probabilmente sono delle banalita', sperando che possiate chiarirmi le idee.
Il mio problema e' il caso di riflessione totale della luce sulla superficie
di separazione tra un mezzo otticamente denso e il vuoto. Le mie domande
sono:
1) Come si vede la conservazione della quantita' di moto? C'entra l'onda
evanescente?
Puo' trasportare momento, pur non trasportando energia? Oppure la
spiegazione e' un'altra?
2) Come si puo' vedere questo fenomeno in termini di fotoni? L'"onda
evanescente", per esempio, ha un analogo quantistico o e' un "artefizio"
classico, e in termini quantistici compaiono fenomeni diversi?
Grazie a tutti in anticipo
Massimiliano Malgieri

 classico, e in termini quantistici compaiono fenomeni diversi?
Certo che ha analogo quantistico.
Pensa al modello a particelle indipendenti della conduzione nei metalli.
Un elettrone si muove liberamente nel metallo, ma non puo' uscire (se
non ha energia sufficiente) a causa di un gradino di potenziale. 
In questo caso la f. d'onda dell'elettrone all'interno del metallo e' la
somma di un'onda incidente e di una riflessa; all'esterno e' un'onda
evanescente.
La cosa ha anche un'applicazione pratica nei microscopi elettronici a
effetto di campo (field-effect electron microscope): applicando un campo
esterno trasformi il gradino in una barriera triangolare, che gli
elettroni possono attraversare per effetto tunnel. Dato che la prob. di
trasmissione dipende fortemente dallo spessore della barriera, la
corrente misurata ti da' informazioni su quelo spessore, quindi sulla
struttura microscopica della superficie.
In effetti mi pare che la corrente venga tenuta costante da un feedback
negativo, spostando la punta esploratrice. Quello che viene visualizzato
e' il segnale di correzione.
-- 
Elio Fabri
Dip. di Fisica "Enrico Fermi" - Univ. di Pisa
Sez. Astronomia e Astrofisica
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 classico, e in termini quantistici compaiono fenomeni diversi?
.......e per forza tale energia, visto il meccanismo di eccitazione, deve
essere quantizzata in fotoni.
Forse si ritiene che l'onda evanescente non trasporta energia perchč, se
cosě fosse, venendo dispersa un poco ad ogni "rimbalzo" sull'interfaccia
interna, la luce guidata lungo una fibra  ottica si esaurirebbe dopo breve
tratto?
Ciao
Luciano Buggio


 applicare una forza per tenerlo fermo.
Capisco una pressione esercitata su di una superficie provenendo dal vuoto,
o da un mezzo di minore densità (preciso che lo capisco come concetto, anche
se per me non c'entra con la luce  - vedi i miei suggerimetni di nuovi gli
esperimenti per verificare la pressione di radiazione, tuttora completamente
ignorati)
Non capisco l'azione inversa, cioè  una pressione esercitata su di una
superficie (che è solo un'interfaccia, non una"parete") agendo
*dall'interno* del corpo: in tal caso la pressione verrebbe esercitata
contro il vuoto.
Che vuol dire? puoi spiegarti meglio?
Perchè da quello che dici si evince che quando la luce viaggia dentro il
mezzo, in qualunque punto del suo percorso, anche lontano dalla superficie,
"spinge comunque" quello che trova (gli atomi ecc) nella direzione del suo
moto, deformando tanto o poco  la struttura cristallina. Questc cosa non
l'ho mai sentita dire.
 >L'onda evanescente non c'entra.
Secondo me non può non entrarci, e mi piacerebbe approfondire.
Luciano Buggio.
www.scuoladifisica.it


 Certo che ha analogo quantistico.
[snip]
Ok, per questa seconda parte tutto chiarito, grazie.
Saluti
Massimiliano Malgieri

 Per cui l'onda evanescente deve per forza trasportare energia....
Fissiamo un sistema di riferimento in questo modo: assi x e y sul piano
dell'interfaccia, asse z ortogonale all'interfaccia e versore entrante nel
secondo mezzo. L'onda evanescente si propaga in una direzione giacente sul
piano xy e si attenua (senza propagarsi) lungo z. L'onda evanescente NON si
propaga lungo z, si attenua solamente in questa direzione. Il trasporto di
potenza avviene solo sul piano ortogonale all'asse z. Il tutto è molto più
chiaro nel dominio della frequenza. Il teorema di Poynting nel dominio della
frequenza mostra benissimo come lungo z non vi sia flusso di potenza attiva,
ma solo di potenza reattiva, ossia scompenso tra pseudo energie elettriche e
magnetiche. Viceversa il flusso di potenza attiva esiste solo in direzione
ortogonale all'asse z. Inoltre non esendo piu' il vettore di propagazione
polarizzato linearmente non ha piu' senso nemmeno parlare di direzione di
propagazione. Sperando di avere fatto osservazioni corrette e utili vi prego
di correggere eventuali errori.
Saluti

 Per cui l'onda evanescente deve per forza trasportare energia....
Effettivamente, potevo esprimermi meglio.
L'onda evanescente trasporta molto poca energia, ma questa molto poca e'
trasportata in direzione parallela all'interfaccia (si fa il calcolo col
vettore di Poynting per determinare la direzione del flusso di energia); e
quindi anche la densita' di momento e' diretta da quella parte; quando ho
scritto "non trasporta energia" intendevo dire "non trasporta energia nella
direzione che serve per questo problema".
Ciao
Massimiliano Malgieri

 news:3dIn7.38754$ul3.1...@news.infostrada.it...
Ringrazio te (e Malgieri, che conferma) della precisazione.
Vorrei avere le seguenti ulteriori informazioni.
a) - Leggo nell'articolo da me citato che i nuovi esperimenti confermano
anche "la relazione esistente tra l'assorbimento della radiazione e l'angolo
di incidenza". L'articolo però dà per nota tale relazione, e non la
riferisce.
Per "assorbimento della radazione" mi pare di dover intendere (viste le
condizioni sperimentali in questione, atte a rivelare l'onda evanescente
attraverso la fluorescenza) l'intensità dell'onda evanescente stessa, messa
qui in relazione all'angolo di incidenza (naturalmente maggiore o uguale a
quello critico) della luce che viaggia nel mezzo ad indice maggiore.
Potreste dirmi qual'è tale relazione?
Per l'idea che mi sono fatto del fenomeno, aumentando l'incidenza
(rendendola più radente) l'esponenziale dovrebbe appiattirsi più
velocemente, l'onda cioè divenire sempre "più evanescente" lungo zeta.
In compenso però lungo xy, sempre secondo la mia predizione, dovrebbe
aumentare il trasporto di energia. Come dire che l'energia totale non
dovrebbe variare.
E' vero?
b) - Appurato che comunque energia viene trasportata all'esterno, è
compatibile ciò con la sua conservazione all'inerno, nella riflessione
totale (nelle applicazioni: con il non esaurirsi rapido della trasmissione
lungo la fibra ottica)?
Saluti.
Luciano Buggio

 lungo la fibra ottica)?
Attenzione: il mio post precedente sottintendeva l'ipotesi semplificatrice
di mezzi semi-infiniti. Se ad esempio ho tre strati (vuoto - materiale con
onda evanescente - vuoto) l'interferenza tra onda incidente e riflessa lungo
z consente il trasporto di potenza attiva anche lungo z, per cui ho potenza
trasmessa nel terzo mezzo. Per quanto riguarda le fibre ottiche, non ho
capito bene la domanda, ma in ogni caso l'attenuazione può essere ridotta
quasi a piacimento modulando con parecchi trucchi gli indici di rifrazione.
Ci sarebbe molto da dire ma entrerei nel campo molto complesso della
propagazione in guida d'onda, argomento piuttosto ostico che non avrei il
tempo di affrontare qui. Spero di esserti stato utile in qualche modo, anche
se la mia risposta e' stata necessariamente generica...

 quasi a piacimento modulando con parecchi trucchi gli indici di
rifrazione.
Ti riferisci alla tecnica del gradiente continuo dell'indice?
Sai se in questo modo si attenua anche l'onda evanescente?
Per quanto riguarda la mia domanda, mi pareva piuttosto semplice: pur se il
trasporto di energia avviene lungo x ed y (cioè non in direzione ortogonale
all'interfaccia), una parte di quella guidata dentro la fibra si trova
comunque all'esterno, e sarebbe quindi sottratta. Per quanto piccola sia la
quota, i rimbalzi dell'onda guidata sono di fatto  in numero enorme, quindi
una perdita totale di energia dovrebbe essere molto sensibile già dopo un
tratto relativamente breve.
(snip)...
Ciao.
Luciano Buggio
www.scuoladifisica.it

 tratto relativamente breve.
Dipende da un mucchio di fattori. Dipende dai modi che sono in propagazione
(come sai una fibra non trasmette luce e basta, ci sono dei regimi detti
modi...ad esempio conosci le cavità di Fabry-Perot? Possono essere usate
anche come filtri modali). Dipende dal regime di propagazione: multimodale o
monomodale. Dipende dalla frequenza. Dipende dalla geometria della guida.
Dipende dalla dispersione. E cosi' via... Le perdite ci sono sempre, ma se
riusciamo a trasmettere in fibra ottica a distanze di migliaia di kilometri
un motivo ci sarà. Comunque non credo di essere sufficientemente ferrato
sulle fibre ottiche per darti risposte più sicure, anzi rischio di dire
immani ca**ate. Se però hai qualche domanda sulle guide d'onda in genere
forse ti posso aiutare.