Bài giảng Quang học - ĐH Phạm Văn Đồng

TR<br /> <br /> NG Đ I H C PH M VĔN Đ NG<br /> <br /> <br /> QUANG HỌC<br /> <br /> Biên soạn: ThS. Nguyễn Đình Đức<br /> <br /> Tháng 5-2015<br /> L U HÀNH N I B<br /> <br /> 2<br /> <br />  QUANG HỌC<br /> <br /> TR<br /> <br /> NG Đ I H C PH M VĔN Đ NG<br /> <br /> <br /> QUANG HỌC<br /> Dùng cho sinh viên s ph m ngành V t lý<br /> <br /> Tháng 5-2015<br /> <br /> QUANG HỌC<br /> <br /> 3<br /> <br /> M cl c<br /> 5<br /> <br /> M Đ U<br /> Ch<br /> <br /> ng 1. THUY T ĐI N T<br /> <br /> ÁNH SÁNG<br /> <br /> 1.1. S l c Thuy t Đi n t ánh sáng<br /> 1.2. Các đ i l ng tr c quang<br /> Ch<br /> 2.1.<br /> 2.2.<br /> 2.3.<br /> 2.4.<br /> 2.5.<br /> 2.6.<br /> 2.7.<br /> 2.8.<br /> 2.9.<br /> <br /> 3.1.<br /> 3.2.<br /> 3.3.<br /> 3.4.<br /> 3.5.<br /> 3.6.<br /> <br /> ng 4. S<br /> <br /> ng 5. S<br /> <br /> 12<br /> 13<br /> 18<br /> 21<br /> 25<br /> 33<br /> 40<br /> 43<br /> 46<br /> 51<br /> <br /> GIAO THOA ÁNH SÁNG<br /> 57<br /> 57<br /> 62<br /> 63<br /> 68<br /> 69<br /> 71.<br /> <br /> NHI U X ÁNH SÁNG<br /> <br /> Nguyên lý Huygens-Fresnel<br /> Ph ng pháp đới c u Fresnel<br /> Nhi u x c a sóng c u qua các v t c n khác nhau<br /> Nhi u x c a sóng phẳng<br /> Cách tử nhi u x<br /> Bài t p ch ng 4<br /> Ch<br /> <br /> 5.1.<br /> 5.2.<br /> 5.3.<br /> 5.4.<br /> 5.5.<br /> <br /> ng 3. S<br /> <br /> Nguyên lý chồng ch t<br /> S giao thoa - Nguồn k t h p<br /> Các ph ng pháp quan sát vân giao thoa<br /> Giao thoa trên các b n m ng<br /> Giao thoa c a nhi u nguồn sáng đi m<br /> ng d ng hi n t ng giao thoa<br /> Bài t p ch ng 3<br /> Ch<br /> <br /> 4.1.<br /> 4.2.<br /> 4.3.<br /> 4.4.<br /> 4.5.<br /> <br /> ng 2. QUANG HÌNH H C<br /> <br /> Các khái ni m c b n<br /> Các đ nh lu t và nguyên lý c b n<br /> G ng phẳng, g ng c u<br /> L ng ch t phẳng, b n mặt song song, lăng kính<br /> Mặt c u khúc x , th u kính m ng<br /> H đồng tr c<br /> Quang sai<br /> M t và các t t c a m t<br /> Các quang c dùng cho m t<br /> Bài t p ch ng 2<br /> Ch<br /> <br /> 7<br /> 8<br /> <br /> 75<br /> 77<br /> 79<br /> 81<br /> 85<br /> 93<br /> <br /> PHÂN C C ÁNH SÁNG<br /> <br /> Ánh sáng t nhiên và ánh sáng phân c c<br /> S phân c c ánh sáng do ph n x và khúc x -Đ nh lu t Brewster<br /> S phân c c ánh sáng do l ng chi t<br /> Ánh sáng phân c c elip, phân c c tròn<br /> S quay mặt phẳng phân c c<br /> Bài t p ch ng 5<br /> <br /> 95<br /> 96<br /> 97<br /> 101<br /> 104<br /> 107<br /> <br /> 4<br /> <br />  QUANG HỌC<br /> <br /> Ch<br /> <br /> ng 6. S<br /> <br /> TÁN S C, S<br /> <br /> H P TH VÀ S<br /> <br /> TÁN X<br /> <br /> ÁNH SÁNG<br /> 6.1.<br /> 6.2.<br /> 6.3<br /> 6.3.<br /> <br /> S<br /> V<br /> S<br /> S<br /> <br /> tán s c ánh sáng<br /> n t c pha, v n t c nhóm<br /> h p th ánh sáng<br /> tán x ánh sáng<br /> <br /> 109<br /> 111<br /> 114<br /> 116<br /> 118<br /> <br /> Câu h i<br /> Ch<br /> <br /> ng 7. B C X NHI T<br /> <br /> 7.1. B c x nhi t<br /> 7.2. Các đ nh lu t b c x c a v t đen tuy t đ i<br /> 7.3. Thuy t l ng tử năng l ng c a Planck<br /> 7.4.<br /> ng d ng các đ nh lu t b c x nhi t<br /> Bài t p ch ng 7<br /> Ch<br /> 8.1.<br /> 8.2.<br /> 8.3.<br /> 8.4.<br /> 8.5.<br /> 8.6.<br /> <br /> ng 8. LÝ THUY T H T V ÁNH SÁNG<br /> <br /> Hi n t ng quang đi n<br /> Thuy t l ng tử ánh sáng<br /> Hi n t ng quang đi n trong<br /> Hi u ng Compton<br /> Áp su t ánh sáng<br /> S phát quang<br /> Bài t p ch ng 8<br /> Ch<br /> <br /> 119<br /> 121<br /> 122<br /> 124<br /> 126<br /> <br /> ng 9. S L<br /> <br /> C V LASER VÀ QUANG H C PHI TUY N<br /> <br /> 9.1. S l c v laser<br /> 9.2. Một s hi n t ng v quang h c phi tuy n<br /> Tài li u tham kh o<br /> <br /> 127<br /> 129<br /> 131<br /> 132<br /> 134<br /> 136<br /> 137<br /> 139<br /> 142<br /> 144<br /> <br /> QUANG HỌC<br /> <br /> M<br /> <br /> 5<br /> <br /> Đ U<br /> <br /> Quang h c là ngành khoa h c kh o sát và gi i thích các hi n t ng liên quan đ n<br /> ánh sáng (th y đ c và không th y đ c). Ngày nay, có s th ng nh t gi a b n ch t<br /> ánh sáng và các lo i sóng đi n t khác nên đ i t ng nghiên c u c a quang h c không<br /> chỉ d ng l i ánh sáng th y đ c (có b ớc sóng kho ng t 0,4m đ n 0,8 m) mà<br /> m rộng các lo i sóng đi n t có b ớc sóng t ng n đ n dài; ngoài ra, có nh ng ngành<br /> nghiên c u s chuy n động c a các dòng h t có s t ng t nh chùm tia sáng g i là<br /> quang h c l ng tử, quang h c Newton v.v.....<br /> Ngành quang h c phát tri n ít nh t hàng trăm năm tr ớc công nguyên. Có th<br /> chia làm 3 giai đo n:<br /> Giai đo n 1:<br /> T khi con ng i b t đ u tìm hi u v ánh sáng đ n khi có nh ng gi thuy t đ u<br /> tiên ra đ i: Đã có nh ng nghiên c u thô s v ánh sáng và chỉ có nh ng hi u bi t c<br /> b n v quang hình h c. Kho ng 350 năm tr ớc công nguyên, Aristote đã nghiên c u<br /> v hi n t ng khúc x ánh sáng nh ng mãi đ n năm 1630 Descarter mới thành l p<br /> đúng công th c c a đ nh lu t.<br /> Giai đo n 2:<br /> B t đ u t khi có nh ng gi thuy t đ u tiên v b n ch t ánh sáng (th kỷ 17) đ n<br /> khi xác nh n đ c b n ch t đi n t c a ánh sáng (th kỷ 19). Có 2 gi thuy t tồn t i<br /> đồng th i:<br /> - Thuy t phát x ánh sáng (gi thuy t đ u tiên v b n ch t ánh sáng) c a Newton<br /> (1642 - 1727): Theo Newton, ánh sáng là nh ng dòng h t r t nh có tính ch t c h c,<br /> truy n đi với v n t c r t lớn. Dùng gi thuy t này, ông gi i thích các hi n t ng ph n<br /> x , khúc x một cách c h c. Cũng theo thuy t này, khi dòng h t ánh sáng đi vào môi<br /> tr ng “đặt” h n nh thuỷ tinh, n ớc thì nó b môi tr ng này hút, làm tăng v n t c.<br /> Gi thuy t này b đánh đỗ khi Foucault (1850) đo đ c v n t c ánh sáng trong các<br /> môi tr ng khác nhau.<br /> - Thuy t sóng ánh sáng c a Huygens (1629-1695): Theo ông, ánh sáng gồm các<br /> mặt sóng hình c u kh i đ u t nguồn và lan truy n trong không gian, khi truy n tới<br /> đâu thì sinh ra mặt sóng th c p tới đó, bao hình các mặt sóng th c p là mặt sóng<br /> mới. Thuy t này gi i thích đ c hi n t ng ph n x , khúc x và theo ông, khi mặt<br /> sóng truy n trong môi tr ng "đặt" h n thì v n t c truy n s nh h n. Gi thuy t này<br /> đã không đ c chú ý, mãi đ n một th kỷ sau thì đ c cổ vũ nhi t li t vì nó gi i thích<br /> đ c hi n t ng giao thoa, nhi u x v.v... Nh ng thuy t c a Huygens l i không gi i<br /> thích đ c hi n t ng phân c c ánh sáng, hi n t ng này cho th y sóng ánh sáng là<br /> sóng ngang. Đi u này đ c Maxwell kh c ph c khi ông đ a ra thuy t đi n t ánh sáng<br /> <br />