Chương SÓNG ÁNH SÁNG Quang học ngành vật lý nghiên cứu lan truyền ánh sáng mơi trường Vì ánh sáng trường hợp riêng xạ điện từ, quang học coi lĩnh vực điện từ học nhiều kết quang học mở rộng cho xạ điện từ khác Tuy yếu tố lịch sử, quang học ngày có vị trí ngành vật lý riêng Quang học có ứng dụng rộng rãi nghiên cứu công nghệ đo lường, công nghệ điện tử, y học 1.1 BẢN CHẤT ĐIỆN TỪ CỦA ÁNH SÁNG Bản chất điện từ sóng ánh sáng thiết lập nhờ so sánh tính chất giống ánh sáng sóng điện từ theo lý thuyết Maxwell Các tính chất là: Sóng ánh sáng sóng điện từ sóng ngang tuyệt đối Sóng ánh sáng sóng điện từ truyền chân khơng với vận tốc c = 3.108 m/s Khơng có ranh giới sóng quang học sóng vơ tuyến miền hồng ngoại sóng quang học tia x miền tử ngoại Việc đồng sóng quang học sóng điện từ làm cho cho việc giải thích tượng quang học cách đơn giản, rõ ràng Chẳng hạn giải thích tượng phản xạ, khúc xạ, tượng tán sắc, phân cực ánh sáng… Nói tóm lại sóng quang học gồm ánh sáng thấy được, hồng ngoại, tử ngoại dải sóng thang sóng điện từ thống Phổ điện từ: Sóng radio, vi ba, hồng ngoại, quang phổ, tử ngoại, tia X, tia gamma, Nhìn thấy: đỏ, da cam, vàng, xanh hay lục, xanh lơ, xanh lam, chàm, tím 1.2 QUANG LỘ - NGUYÊN LÝ FERMAT - ĐỊNH LUẬT MALUS 1.2.1 Hàm sóng ánh sáng - Quang lộ Ánh sáng sóng điện từ, nghĩa trường điện từ biến thiên lan truyền, nhiên thực nghiệm chứng tỏ hầu hết tượng quang học xảy tác dụng vectơ điện trường Do dao động sáng dao động  vectơ điện trường E sóng điện từ: Giả sử dao động sáng có dạng: E = E cos ωt (1.1) Sóng ánh sáng truyền đến M cách khoảng 0M = d, dao động sáng M 2πL   E = E0 cosωt −  có dạng: (1.2) λ   Trong L = n.d: gọi quang lộ, n: chiết suất môi trường, Giả sử khoảng thời gian τ , ánh sáng chân không là: L = cτ , môi trường chiết suất n, ánh sáng là: d = vτ ⇒ vào L ta có: L = cτ = c d c = d = nd v v τ = d , thay v (1.3) Vậy quang lộ khoảng đường ánh sáng chân không khoảng thời gian mà thực mơi trường 1.2.2 Ngun lý Fermat Phát biểu: Giữa hai điểm AB, ánh sáng truyền theo đường mà quang lộ cực trị 1.2.3 Định lý Malus Phát biểu: Quang lộ tia sáng hai mặt trực giao chùm sáng Xét chùm sáng song song truyền qua mặt phân cách (P) hai mơi trường có chiết A2 suất n1 n2 , ∑1 ∑2 hai mặt trực giao ∑1 Gọi L1 = (A1I1B1)= n1A1I1+n2I1H1+n2H1B1 H2 L2 = (A2I2B2)= n1A2H2+n1H2I2+n2I2B2 A1 i1 Theo hình 1.1 định luật khúc xạ ta n1 I2 (P) rút được: n2 I1 B2 i2 n1H2I2 = n2I1H1 H1 ∑2 Kết L1 = L2 : nghĩa quang lộ B1 hai mặt trực giao Hình 1.1 1.3 GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO BỞI HAI NGUỒN KẾT HỢP 1.3.1 Tổng hợp hai dao động phương, tần số Giả sử hai dao động sáng phương, tần số: E1 = E01 sin( ωt + ϕ1 ) E = E 02 sin ( ωt + ϕ ) chồng chất lên điểm M khơng gian E 01, E02 biên độ dao động, ϕ1 , ϕ2 pha ban đầu chúng Theo nguyên lý chồng chất, hai dao động phương, nên ta sử dụng phép cộng đại số: E = E 01 sin ( ωt + ϕ ) + E02 sin ( ωt + ϕ ) Dao động tổng hợp dao động sin có tần số E = E sin ( ωt + ϕ ) Biên độ E0 pha ban đầu xác định công thức: 2 E = E 01 + E 02 + E 01 E 02 cos(ϕ1 − ϕ ) tgϕ = (1.4) ω (1.5) E 01 sin ϕ1 + E 02 sin ϕ E 01 cos ϕ1 + E 02 cos ϕ (1.6) (1.7) Nói chung cần để ý đến biểu thức (1.6) xác định cường độ tổng hợp mà ta cần khảo sát 1.3.2 Hiện tượng giao thoa, dao động kết hợp không kết hợp Vì cường độ tỉ lệ với bình phương biên độ nên viết (1.6) theo cường độ sau: I = I 01 + I 02 + I 01I 02 cos(ϕ1 − ϕ2 ) (1.8) 2 I ≈ E ; I 01 ≈ E01 ; I 02 ≈ E 02 Ta biết khơng có nguồn sáng thơng thường phát sóng ánh sáng hồn tồn đơn sắc, nghĩa sóng có biên độ pha ln ln khơng đổi Sở dĩ nguyên tử phát xạ khoảng thời gian ngắn chừng 10 -8 s Do lần phát xạ nguyên tử phát xung sóng ngắn lan truyền có dạng đoạn sin Mỗi đoạn sin gọi đồn sóng Độ dài đồn sóng xác định thời gian phát xạ τ ngun tử Biên độ pha đồn sóng nguyên tử phát từ lần phát xạ sang lần phát xạ khác, nguyên tử khác phát lần phát xạ khác khơng có liên hệ với nhau, nghĩa pha ban đầu ln ln thay đổi có giá trị Do cường độ tổng hợp thay đổi nhanh cách hỗn loạn không máy thu ánh sáng dù nhạy lại ghi nhận trạng thái tức thời cường độ Trong thực tế máy thu ánh sáng (kể mắt) ghi nhận giá trị trung bình cường độ thời gian quan sát t Vì cần phải lấy trung bình biểu thức (1.8) theo t I = I 01 + I 02 + I 01 I 02 cos(ϕ1 − ϕ2 ) Vì E 01 =E 01 , E 02 = E 02 Do đó: I = I 01 + I 02 + I 01 I 02 cos(ϕ1 − ϕ2 ) Theo định nghĩa giá trị trung bình ta có: cos( ϕ − ϕ ) = t cos(ϕ1 − ϕ2 )dt t∫ (1.9) t Dođó: I = I 01 + I 02 + I 01 I 02 cos(ϕ1 − ϕ2 )dt t∫ (1.10) Như I phụ thuộc vào hiệu số pha ban đầu dao động thành phần Ta xét hai trường hợp đặc biệt sau đây: a) Giả sử hiệu số pha ban đầu ( ϕ1 − ϕ ) = số Khi theo (1.9) ta có: cos( ϕ − ϕ ) t = ∫ cos(ϕ1 − ϕ2 )dt = cos( ϕ − ϕ ) = số, đó: t I = I 01 + I 02 + I Í I 02 cos(ϕ1 − ϕ2 ) (1.11) I ≠ I 01 + I 02 tức Như vậy, cường độ sáng tổng hợp không tổng cường độ dao động thành phần mà lớn hay bé tổng tuỳ thuộc vào hiệu số pha ban đầu ( ϕ1 − ϕ ) chúng Các dao động ban đầu thỏa mãn điều kiện: hiệu số pha ban đầu chúng đại lượng không đổi theo thời gian gọi dao động kết hợp Dĩ nhiên dao động xảy với tần số khác dao động kết hợp, tất dao động có tần số dao động kết hợp Các dao động điều hịa có tần số dao động kết hợp Nguồn phát dao động kết hợp nguồn kết hợp Khi tổng hợp hai hay nhiều ánh sáng kết hợp dẫn đến phân bố lại lượng khơng gian: có chỗ lượng có giá trị cực đại, có chỗ lượng có giá trị cực tiểu Hiện tượng gọi giao thoa ánh sáng Trong biểu thức (1.11) số hạng thứ ba gây nên tượng số hạng gọi số hạng giao thoa b) Giả sử hiệu số pha ban đầu ( ϕ1 − ϕ ) thay đổi cách hỗn loạn theo thời gian Khi hiệu số pha ( ϕ1 − ϕ ) lấy giá trị từ đến 2π khoảng thời gian quan sát Vì vậy: cos( ϕ − ϕ ) = I = I 01 + I 02 Do đó: (1.12) Như vậy, trường hợp cường độ tổng hợp tổng cường độ dao động thành phần, tức không xảy tượng giao thoa Các dao động trường hợp dao động không kết hợp Các dao động phát từ nguồn sáng thông thường hay từ điểm khác nguồn sáng dao động khơng kết hợp Tóm lại muốn quan sát tượng giao thoa ánh sáng sóng giao thoa với phải sóng kết hợp dao động chúng phải thực phương 1.3.3 Khảo sát giao thoa ánh sáng gây khe Young M r1 x S1 r2 α S2 H D Hình 1.2 Giả sử hai dao động sáng S1, S2 có dạng: E1 = E01cosωt E2 = E02 cosωt Thì M nhận hai dao động sáng mà hàm sóng có dạng: 2π  2π    E1M = E 01 cosωt − L1  E M = E02 cosωt − L2  L1, L2 quang λ λ     lộ đoạn đường r1, r2 Theo (1.11) biên độ dao động sáng tổng hợp M phụ 2π ( L − L2 ) hai dao động thuộc vào hiệu pha ( ϕ1 − ϕ ), tức ∆ϕ = λ ∆ϕ = 2kπ , L1 − L2 Nếu nghĩa ∆L = = kλ (1.13) k = 0, ± ,± , gọi bậc giao thoa, biên độ dao động sáng tổng hợp cường độ sáng đạt giá trị cực đại (vân sáng) - Nếu ∆ϕ = (2k + 1)π , nghĩa ∆ L = L1 − L2 = (2k+1) λ/2 (1.14) biên độ dao động sáng tổng hợp cường độ sáng đạt giá trị cực tiểu (vân tối) Trên hình 1.2 ta có: ∆ L = L1 − L2 = r1 – r2 = S2H = l sinα, α nhỏ nên ∆ L = l sinα ~ l tg α = l Nếu M vân sáng, ta có: ∆L = l x D x = kλ D ⇒ x λ = ( 2k + 1) D x =k λD l (1.15) λD (1.16) 2l Gọi i khoảng cách hai vân sáng, (hay hai vân tối) liên tiếp, ta có: λD i = x k +1 − x k = (1.17) l 1.4 GIAO THOA ÁNH SÁNG DO PHẢN XẠ Nếu M vân tối, ta có: ∆L = l ⇒ x = (2k + 1) 1.4.1 Thí nghiệm Lloyd Gương phẳng G nguồn sáng điểm đơn sắc O đặt xa G Màn E đặt vng góc với G, điểm M nhận hai tia sáng từ nguồn O gởi tới, tia OM gởi thẳng từ O tia OIM gởi tới sau phản xạ G – hình 1.3 O M G I (E) Hình 1.3 Đặt OIM = r1 OM = r2 Theo điều kiện (1.13), (1.14): M điểm sáng, thoả mãn: L1 − L2 = r1 – r2 = kλ L1 − L2 = r1 – r2 = (2k+1) λ/2 M điểm tối, thoả mãn: Tuy nhiên thực nghiệm lại xác nhận điểm mà lý thuyết dự đốn sáng thực tế tối, ngược lại Như hệ thống vân dời nửa khoảng vân Điều buộc ta phải thừa nhận hiệu pha hai dao động M không 2π 2π ( L1 − L2 ) mà ∆ϕ = ( L − L2 ) + π Như pha dao động phải ∆ϕ = λ λ hai tia phải thay đổi lượng π Vì pha dao động tia OM truyền trực tiếp từ O đến M khơng có lý để thay đổi, kết luận phản xạ gương, pha dao động tia OIM thay đổi lượng π , tương ứng quãng đường quang lộ thay đổi lượng nửa buớc sóng Kết luận cho trường hợp ánh sáng phản xạ mơi trường có chiết suất lớn mơi trường ánh sáng tới Cịn phản xạ môi trường chiết quang quang lộ ánh sáng khơng thay đổi 1.4.2 Sóng dừng ánh sáng Xét chùm đơn sắc song song rọi vng góc với mặt kim loại đánh bóng Chùm tia phản xạ giao thoa với chùm tia tới tương tự sóng học, ta có sóng đứng ánh sáng hình 1.4 Gọi khoảng cách từ điểm M đến gương d điểm nút sóng đứng xác định điều kiện: d = k λ/2 M d G Hình 1.4 Cịn vị trí bụng xác định điều kiện: λ d = (2k + 1) Như quĩ tích nút họ mặt phẳng song song với mặt gương λ cách , cịn quĩ tích bụng họ mặt phẳng cách λ 2 nằm xen kẽ với mặt nút Mặt phẳng gương mặt phẳng tối 1.5 GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO BỞI MỘT BẢN MẶT SONG SONG BẢN MỎNG CÓ BỀ DÀY THAY ĐỔI 1.5.1 Giao thoa ánh sáng cho mặt song song Chiếu đến mỏng có bề dày không đổi d, chiết suất n tia sáng SI Ta thấy hai tia IR1 IJKR2 xuất phát từ tia SI nên hai tia kết hợp Từ K S R1 R2 kẻ đường KH vng góc với IR1 Ta có: quang lộ tia IR1: i H L = (IR1) + λ/2 K quang lộ tia IJKR2: I II K n L = n(IJ + JK) + (KR2) d n hiệu quang lộ hai tia: J ∆ L = n(IJ + JK) - IH - λ/2 Từ hình 1.5 ta có: IJ = JK = d /cos r Hình 1.5 IH = IKsini = 2d.tgr.sini 2nd λ − 2dtgr sin i − , mặt khác sini = nsinr, ta rút ra: Vậy: ∆L = cos r ∆L = 2ndcosr -λ/2 (1.18) (1.18) cho thấy ∆L phụ thuộc vào góc khúc xạ r, tức góc tới i, tương ứng với góc tới i (cùng độ nghiêng) ta có giá trị ∆L , cho ta trạng thái giao thoa (một vân giao thoa) vân giao thoa cho mỏng có bề dày không đổi gọi vân độ nghiêng 1.5.2 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân độ dày Nêm khơng khí lớp khơng khí hình nêm, giới hạn hai mặt thủy tinh đặt nghiêng góc nhỏ - hình 1.6 S1 , S2 hai mặt nêm, CC’ cạnh nêm Chiếu tia sáng đơn sắc SM vng góc với mặt S2 Từ hình vẽ ta thấy hai tia MR MHMR2 xuất phát từ SM nên tia kết hợp cho tượng giao thoa M Hiệu quang lộ hai tia M: S ∆ L = 2d + λ/2 (1.19) R1 R2 d chiều dày nêm M C’ Nếu ∆ L = 2d +λ /2 = kλ S1 M M cho ta vân sáng Suy ra: S2 H C d = (2k – 1) λ/4, với k = 1, 2, 3, (1.20) - Nếu ∆ L = 2d + λ/2 = (2k +1) λ /2, M cho ta vân tối Suy ra: d = k λ /2, với k = 1, 2, 3, (1.21) Hình 1.6 Vì quỹ tích điểm bề dày đường thẳng song song cạnh nêm Nên mặt S ta quan sát thấy hình dạng vân giao thoa vân sáng tối xen kẽ song song cạnh nêm Tại cạnh nêm C’C vân tối 1.6 NGUYÊN LÝ HUYGHEN - FRESNEL - NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG TẠO BỞI SÓNG CẦU Hiện tượng ánh sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng gần vật cản gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng 10 1.6.1 Nguyên lý Huyghens – Fresnel Cơ sở để giải thích tượng nhiễu xạ ánh sáng nguyên lý HuygensFresnel phát biểu sau: Bất kỳ điểm mà ánh sáng truyền đến trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng phía trước Biên độ pha nguồn thứ cấp biên độ pha nguồn thực gây điểm 1.6.2 Biểu thức dao động sáng M S r1 O θ2 r2 θ2 M Hình 1.7 Theo nguyên lý Huyghen-Fresnel tác dụng nguồn sáng điểm gây điểm M thay tác dụng nguồn sóng cầu thứ cấp phát từ phần tử dS mặt kín S bao quanh O Các sóng thứ cấp mặt S sóng kết hợp Khi đến M chúng giao thoa S Giả sử dao động sáng tạo là: E = E0 cos ωt Theo nguyên lý Huyghen-Fresnel: Dao động sáng nguồn thứ cấp dS là: E0 ωr   k1dS cos ωt −  r1 v   Trong k1 phụ thuộc vào góc θ Dao động sáng M dS gây là: E ω ( r1 + r2   dE M = kdS cos ωt −  r1r2 v   Trong k phụ thuộc vào góc θ , θ2 lớn θ1 = θ = Dao động sáng tổng hợp M là: dE = EM = ∫ S kE0 ω ( r1 + r2 )   cos ωt − dS r1r2 v   (1.22) Để xác định dao động sáng M, ta thực tích phân Tuy nhiên việc tính tốn tích phân phức tạp Do đó, để đơn giản hơn, người ta sử dụng phương pháp đới cầu Fresnel 1.6.3 Phương pháp đới cầu Fresnel θ R b + λ /2 M 11 B b b + λ /2 Hình 1.8 Cách chia đới cầu Xét nguồn điểm điểm chiếu sáng M, dựng mặt cầu S bán kính R < 0M bao quanh 0, đặt MB = b Từ M làm tâm vẽ mặt cầu bán kính b, b+λ/2, b+2λ/2, b+3λ/2, … chia S thành đới cầu Fresnel Các đới cầu Fresnel có diện tích bằng: πRb ∆S = λ (1.23) R +b Cịn bán kính rk đới thứ k, là: rk = Rbλ k R +b (1.24) Theo nguyên lý Huyghen – Fresnel, đới xem nguồn thứ cấp dao động sáng đới cầu sáng gây M tương đương với dao động sáng nguồn gây M Vì diện tích đới nhau, nên biên độ dao động sáng đới gây M phụ thuộc vào khoảng cách từ đới tới M góc nghiêng θ Khi n tăng khoảng cách từ đới tới M góc nghiêng θ lớn Vậy n tăng E0 giảm Ta có: E1 > E2 > E3 > E4 > Vì biến thiên khoảng cách góc nghiêng θ hai đới liên tiếp nhỏ, nên xem: En −1 + En +1 , n lớn thì: En ~ Vì hiệu quang lộ hai sóng xuất phát từ hai đới liên tiếp gây M ∆L = λ / Nên hiệu pha hai sóng ∆ϕ = π Vậy hai sóng hai đới liên tiếp gây M ngược pha Do biên độ dao động sáng tổng hợp đới cầu gây M: E = E – E + E – E + E5 – E + … E  E E  E E = +  − E +  +  − E +  + +  2   2  En =  En  +  En− − En ≈ − En  2 + : n lẻ E1 E n ± - : n chẳn 2 Cường độ sáng M: E  E I = ± n    = (1.25) (1.26) 12 Áp dụng kết trên, nghiên cứu nhiễu xạ qua lỗ trịn gây nguồn điểm gần: nguồn sáng điểm điểm chiếu sáng M có chắn (F) có kht lỗ trịn, trục lỗ trùng với phương 0M: b R F M (S) Hình 1.9 Lấy M làm tâm vẽ đới cầu Fresnel mặt (S) Khi M khơng có F (vật cản) n lớn E n ~0 Khi (1.26): E12 I= = I0 - Nếu lỗ tròn chứa số lẻ đới: E E E E E = + n cường độ sáng: I =  + n  > I0: M sáng lúc khơng có   2   màn, sáng gấp lần n = 1: E E  I =  +  = E12 = I 2  - Nếu lỗ tròn chứa số chẳn đới: E E E E E = − n cường độ sáng: I =  − n  < I0: M sáng yếu lúc   2   khơng có màn, tối n = 2: E E  I = −  ≈0   Tóm lại cường độ sáng M phụ thuộc vào kích thước lỗ trịn, khoảng cách từ nguồn đến lỗ khoảng cách từ lỗ đến 1.7 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG TẠO BỞI MỘT SÓNG PHẲNG QUA MỘT KHE HẸP - NHIỀU KHE HẸP SONG SONG - CÁCH TỬ NHIỄU XẠ 1.7.1 Nhiễu xạ ánh sáng tạo sóng phẳng qua khe hẹp 1.7.1.1 Mơ tả thí nghiệm sinϕ 13 ϕ S F0 L1 F I0 I L2 E Hình 1.10 Một khe hẹp F có bề rộng AB = b Chiếu đến khe chùm tia sáng đơn sắc song song có bước sóng λ Sau khe tia nhiễu xạ theo phương nhiễu xạ khác Để quan sát nhiễu xạ, ta dùng L hội tụ chùm tia lên E đặt mặt phẳng tiêu L2 Những chùm tia nhiễu xạ có góc ϕ khác hội tụ điểm khác Tùy theo giá trị ϕ mà điểm M sáng hay tối 1.7.1.2 Sự phân bố cường độ sáng A dx IC ϕ B Để xác định cường độ sáng màn, người ta chia khe thành dải có bề rộng dx Theo nguyên lý Huygen – Fresnel, dải trở thành nguồn thứ cấp pha, có biên độ xác định Hình 1.11 Giả sử sóng tới mặt khe có dạng: E = E0 cos ωt Khi biên độ dao động sáng nguồn thứ cấp phát từ đơn vị bề rộng dải là: E 0/b Do biên độ dao động sáng phát từ dải có bề rộng dx là: E 0dx/b Nếu dao động sáng dải nguồn thứ cấp mép A gây điểm E dx có dạng: dE A = cos ωt , dao động sáng dải i cách A đoạn b x gây điểm có dạng: E dx 2π∆L   dEi = cosωt −  b λ   ∆L : hiệu quang lộ hai tia nhiễu xa theo góc ϕ mép A I ∆L = IC = xsinϕ E dx 2πx sin ϕ   dEi = cosωt −  Vậy: b λ   Suy dao động sáng khe gây điểm màn: b b E 2πx sin ϕ   E = ∫ dEi = ∫ cosωt − dx b λ   0 E= E0 sin[ ( πb sin ϕ ) / λ ]  πb sin ϕ  cos ω t −  [ ( πb sin ϕ ) / λ ] λ   Biên độ: Eϕ = E0 sin[ ( πb sin ϕ ) / λ ] , đặt [ ( πb sin ϕ ) / λ = a ] πb sin ϕ / λ Eϕ = E0 sin a a (1.27) (1.28) (1.29) Cường độ sáng theo phương nhiễu xạ ϕ : 14 sin a a2 Cường độ sáng phụ thuộc vào góc nhiễu xạ ϕ , tức phụ thuộc vào vị trí điểm quan sát 1.7.1.3 Cực đại nhiễu xạ Imax a = [ ( πb sin ϕ ) / λ ] = 0, tức sinϕ = 0, hay ϕ = Thực a → 0, ta có sina/a = 1: Vậy I ϕ=0 = I Đối với phương nhiễu xạ ϕ = chúng hội tụ tiêu điểm F0 Vân sáng F0 gọi cực đại (cực đại chính) Ở hai bên cực đại giữa, hình ảnh quan sát cịn có cực đại gọi cực đại phụ, lúc góc nhiễu xạ thỏa mãn điều kiện: π λ a = [ ( πb sin ϕ ) / λ ] = ( 2k + 1) hay sin ϕ = ( 2k + 1) với k = 0, ±1,± , Iϕ = I 2b (1.30) Iϕ = k Iϕ 4I ( 2k − 1) π (1.31) k=1 k=2 k=3 I1 = 0,045I0 I2 = 0,016I0 I3 = 0,008I0 Cường độ sáng cực đại lớn so với cực đại phụ hai bên (hình 1.10) 1.7.2 Nhiễu xạ ánh sáng tạo sóng phẳng qua nhiều khe hẹp song song Cách tử nhiễu xạ Cách tử hệ nhiều khe hẹp bề rộng b song song, cách nằm mặt phẳng Khoảng cách d hai khe liên tiếp gọi chu kỳ cách tử Nhiễu xạ ánh sáng qua cách tử gây chùm tia đơn sắc song song tương tự nhiễu xạ qua khe hẹp Vì vị trí vân nhiễu xạ qua khe hẹp E khơng phụ thuộc vào vị trí khe mặt phẳng chứa khe Nên vân nhiễu xạ khe cách tử chồng khít lên E Tuy nhiên có giao thoa chùm tia qua khe cách tử nên phân bố cường độ sáng quan sát thay đổi Trước hết ta xét giao thoa hai chùm tia hai khe liên tiếp Đây giao thoa hai khe Young Hiệu quang lộ: Δ L = IC = dsinϕ Cường độ sáng cực đại khi: Δ L = dsinϕ = kλ kλ sin ϕ = Suy ra: , k = 0, ± 1, ± 2, ± 3,… d (1.32) Đây cực đại nhiễu xạ qua cách tử Về thực chất vân sáng giao thoa hai chùm tia liên tiếp Ta thấy cực đại phụ thuộc vào góc nhiễu xạ ϕ mà khơng phụ thuộc vào vị trí khe cách tử Do đó, cực đại giao thoa cặp khe liên tiếp cách tử chồng khít lên E 1.8 PHÂN CỰC ÁNH SÁNG - PHÂN CỰC DO LƯỠNG CHIẾT 1.8.1 Ánh sáng tự nhiên 15  Như ta biết dao động sáng dao động vectơ cường độ điện trường E sóng điện từ Ánh sáng từ nguồn sáng phát (Mặt trời, bóng đèn điện,…) có vectơ cường độ điện trường dao động theo tất phương vng góc với phương truyền sáng Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường dao động đặn theo phương vng góc với phương truyền ánh sáng gọi ánh sáng tự nhiên phương truyền ánh sáng (tia sáng) Hình 1.12 Ánh sáng tự nhiên 1.8.2 Ánh sáng phân cực Khi cho ánh sáng tự nhiên qua môi trường bất đẳng hướng mặt quang học, điều kiện định đó, tác dụng môi trường lên ánh sáng tự nhiên, vectơ cường độ điện trường dao động theo phương  định Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường E dao động theo phương xác định gọi ánh sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực tồn phần Hình 1.13 Ánh sáng phân cực Hình 1.14  Mặt phẳng chứa tia sáng phương dao động E gọi mặt phẳng dao động Mặt phẳng chứa tia sáng vuông góc với mặt phẳng dao động gọi mặt phẳng phân cực Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường dao động theo phương vng góc với tia sáng, có phương dao động mạnh, phương dao động yếu gọi ánh sáng phân cực phần Ánh sáng có đầu mút vectơ cường độ điện trường quay đường tròn (hay ellip) gọi ánh sáng phân cực trịn (hay ellip) - hình 1.14 1.8.3 Phân cực lưỡng chiết Khi chiếu ánh sáng tự nhiên qua mơi trường bất đẳng hướng tính chất phân cực ánh sáng tự nhiên bị thay đổi Mơi trường bất đẳng hướng mơi trường mà tính chất vật lý theo hướng khác khác Chẳng hạn tinh thể thạch anh, tinh thể băng lan Khi chiếu chùm ánh sáng tự nhiên qua mơi trường bất đẳng hướng ta hai tia khúc xạ Hiện tượng gọi tượng lưỡng chiết Trong tinh thể có phương đặc biệt mà truyền theo tia sáng khơng bị tách thành hai tia Phương đặc biệt gọi quang trục tinh thể (phương AA1 nối liền hai đỉnh ứng với ba góc tù) 16 A C1 S Tia sáng tự nhiên tia e tia o Quang trục C A1 Hình 1.15 Phân cực lưỡng chiết Hai tia khúc xạ tượng lưỡng chiết: Một tia tuân theo định luật khúc xạ sini / sinr = n = const Được gọi tia thường, ký hiệu tia o Một tia không tuân theo định luật khúc xạ sini / sinr = n e ≠ const Được gọi tia bất thường, ký hiệu tia e Rõ ràng vận tốc tia thường tinh thể khơng đổi theo phương Cịn vận tốc tia bất thường tinh thể thay đổi theo phương truyền Dùng tuamalin để phân tích, người ta nhận thấy tia thường tia bất thường ánh sáng phân cực toàn phần Tia thường vectơ cường độ điện trường vng góc với mặt phẳng đặc biệt gọi mặt phẳng tia (mặt phẳng chứa tia thường quang trục), tia bất thường vectơ cường độ điện trường nằm mặt phẳng (mặt phẳng chứa tia bất thường quang trục) 17 ... truyền sáng Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường dao động đặn theo phương vng góc với phương truyền ánh sáng gọi ánh sáng tự nhiên phương truyền ánh sáng (tia sáng) Hình 1.1 2 Ánh sáng tự nhiên 1.8 .2... khít lên E 1.8 PHÂN CỰC ÁNH SÁNG - PHÂN CỰC DO LƯỠNG CHIẾT 1.8 .1 Ánh sáng tự nhiên 15  Như ta biết dao động sáng dao động vectơ cường độ điện trường E sóng điện từ Ánh sáng từ nguồn sáng phát... buớc sóng Kết luận cho trường hợp ánh sáng phản xạ mơi trường có chiết suất lớn mơi trường ánh sáng tới Cịn phản xạ môi trường chiết quang quang lộ ánh sáng khơng thay đổi 1.4 .2 Sóng dừng ánh sáng