Phần 3 bài giảng "Vật lý đại cương 2 - Chương 7: Quang học sóng" cung cấp cho người học các kiến thức về hiện tượng phân cực ánh sáng bao gồm: Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực, phân cực ánh sáng do phản xạ và khúc xạ,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 7.3 - Nguyễn Xuân Thấu
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
a) Ánh sáng tự nhiên
Ánh sáng mang tính chất sóng và tuân theo các phương trình
Maxwell cho sóng điện từ.
8
Vận tốc ánh sáng: v 3.10 m/ s
Nguồn sáng: tổng hợp vô số các đoàn sóng tạo bởi các nguyên tử
phát. Mỗi đoàn sóng có vector cường độ điện trường luôn dao động
theo một phương nhất định và vuông góc với tia sáng.
87
Các nguyên tử chuyển động hỗn loạn cho nên các vector cường độ
điện trường của ánh sáng có phương khác nhau.
Ánh sáng tự nhiên là ánh sáng có vectơ dao động đều đặn theo mọi
phương vuông góc với tia sáng.
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
a) Ánh sáng tự nhiên
88
Dao động của vectơ CĐĐT trong 1 Biểu diễn ánh sáng tự nhiên
đoàn sóng
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
b) Ánh sáng phân cực
♥ Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường chỉ dao động theo một phương
xác định được gọi là ánh sáng phân cực thẳng (hay ánh sáng phân cực toàn
phần).
♥ Mặt phẳng chứa tia sáng và phương dao động của vectơ E gọi là mặt
phẳng dao động
♥ Mặt phẳng chứa tia sáng và vuông góc với mặt phẳng dao động được gọi
là mặt phẳng phân cực.
89 ♥ Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường dao động theo mọi phương
vuông góc với tia sáng, nhưng có phương dao động mạnh, có phương dao
động yếu, được gọi là ánh sáng phân cực một phần.
♥ Ánh sáng tự nhiện có thể coi là tập hợp của vô số ánh sáng phân cực toàn
phần dao động đều đặn theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng.
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
b) Ánh sáng phân cực
90
Mặt phẳng dao động và mặt Ánh sáng phân cực một phần và
phẳng phân cực ánh sáng phân cực toàn phần
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
c) Hiện tượng phân cực ánh sáng
♥ Hiện tượng ánh sáng tự nhiên biến thành ánh sáng phân cực gọi là hiện
tượng phân cực ánh sáng.
91
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
c) Hiện tượng phân cực ánh sáng
♥ Định luật Malus về phân cực ánh sáng:
Cường độ sáng sau kính phân cực là I0.
Cường độ sáng sau kính phân tích là I.
Định luật Malus:
Khi cho một chùm ánh sáng tự
nhiên truyền qua hệ 2 bản tinh thể
92 tuâmlin dày có quang trục hợp với
nhau 1 góc thì cường độ sáng
nhận được ở phía sau hệ 2 bản
tinh thể sẽ thay đổi tỷ lệ với cos 2
I I0 cos 2
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực
c) Hiện tượng phân cực ánh sáng
93
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.2. Phân cực ánh sáng do phản xạ và khúc xạ
Góc Brewster: tan i B n 21
Theo định luật phản xạ và khúc xạ:
i B iB
i B iB
sin i B
n 21 (1)
sin rB
94 sin i B sin i B
n 21 tan i B (2) rB
sin rB cos i B
sin rB cos i B i B rB 90
Tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.3. Phân cực ánh sáng do lưỡng chiết
Tính lưỡng chiết:
95
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.3. Phân cực ánh sáng do lưỡng chiết
Một số tinh thể như băng lan (CaCO3) hay thạch anh (SiO2) có tính lưỡng
chiết:
Trong tinh thể có hai chùm tia khúc xạ: tia thường (o) (tuân theo định
luật khúc xạ) và tia bất thường (e).
Đều là ánh sáng phân cực toàn phần, có mặt phẳng phân cực vuông góc
với nhau.
96 Tồn tại phương truyền ánh sáng tới để hai tia khúc xạ trùng nhau
Quang trục của tinh thể.
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.3. Phân cực ánh sáng do lưỡng chiết
Chiết suất đối với tia thường không đổi: no = const sin i
n0
Chiết suất đối với tia bất thường thay đổi theo góc tới: sin ro
Nếu ne < no gọi là tinh thể âm (băng lan) sin i
ne
Nếu ne > no gọi là tinh thể dương (thạch anh) sin re
97
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.4. Một số loại kính phân cực
Kính phân cực là các dụng cụ có thể biến đổi ánh sáng tự nhiên thành
ánh sáng phân cực.
a) Bản tinh thể hấp thụ không đều
Là bản tinh thể lưỡng chết nhưng có tính hấp thụ không đều đối với tia
thường và tia bất thường, ví dụ bản tuamalin. Bản tinh thể dày hơn 1mm
hầu như hấp thụ hoàn toàn tia thường và chỉ để cho tia bất thường truyền
qua. Vì thế, bản tinh thể tuamalin có thể dung làm kính phân cực.
98
Bản polaroit làm bằng bản xenluyloit trên mặt phủ một số lượng lớn các
tinh thể định hướng sunfat-iốt-kinin có tính hấp thụ dị hướng mạnh. Bản
polarôit dày khoảng 0,1mm có thể hấp thụ hoàn toàn tia thường và tạo tra
ánh sáng phân cực toàn phần.
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.4. Một số loại kính phân cực
b) Lăng kính Nichols
Lăng kính Nichols (gọi tắt là Nichols) là một khối tinh thể bang lan được cắt
theo mặt chéo thành 2 nửa và dán lại với nhau bằng 1 lớp nhựa Canada trong
suốt có chiết suất n nh 1,550 (ứng với bước sóng 0,589m )
99
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.4. Một số loại kính phân cực
b) Lăng kính Nichols
Vì ne < no do đó tia thường bị khúc xạ nhiều hơn tia bất thường, đến lớp
nhựa Canada tia thường bị phản xạ toàn phần vì n0 > nnh và i1 >i1max và đập
lên mặt dưới của Nichols. Tại đây được bôi đen nên tia thường bị hấp thụ.
Với tia bất thường, vì ne < nnh nên nó đi qua lớp nhựa, truyền trong băng
lan rồi ra ngoài với phương song song với tia tới,
100
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.4. Một số loại kính phân cực
b) Lăng kính Nichols
Như vậy: Nichols đã biến đổi ánh sáng tự nhiên (hoặc phân cực 1 phần)
truyền qua nó thành ánh sáng phân cực toàn phần có mặt phẳng dao động
trùng với mặt phẳng chính của Nichols (chứa tia sáng và quang trục).
101
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực
102
vectơ sóng tổng hợp E E o E e
Hiệu quang lộ tia thường và bất thường: L L o L e (n o n e )d
2 2
Độ lệch pha: (L o L e ) (n o n e )d
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực
Vì và dao động theo 2 phương vuông góc x và y nên đầu mút của vectơ
sáng tổng hợp sẽ chuyển động theo quỹ đạo elip xiên xác định bởi
phương trình:
x 2 y 2 2xy 2
2
2
cos sin
a1 a 2 a1a 2
Nếu trước khi vào bản ánh sáng phân cực toàn phần có biên độ là A và
103 tính hấp thụ dị hướng của bản không đáng kể thì
a1 A sin , a 2 A cos
Như vậy, ánh sáng phân cực thẳng sau khi truyền qua bản tinh thể sẽ
biến thành ánh sáng phân cực elip xiên.
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực
x
x a1 cos 0 t 1 cos 0 t cos 1 sin 0 t sin 1
a1
y
y a 2 cos 0 t 2 cos 0 t cos 2 sin 0 t sin 2
a2
x
cos 2 cos 2 cos 0 t cos 1 cos 2 sin 0 t sin 1
a1
y
cos 1 cos 1 cos 0 t cos 2 cos 1 sin 0 t sin 2
a2
x y
104 cos 2 cos 1 sin 0 t sin(1 2 )
a1 a2
x y
sin 2 sin 1 cos 0 t sin(1 2 )
a1 a2
x 2 y 2 2xy 2
2
2
cos sin
a1 a 2 a1a 2
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực
x 2 y 2 2xy 2
2
2
cos sin
a1 a 2 a1a 2
(n o n e )d (2k 1) Bản ¼ bước sóng
4
(2k 1)
2
x 2 y2
105
2
2 1 Nếu a1=a2 phân cực tròn
a1 a 2
Như vậy sau ánh sáng phân cực thẳng sau khi truyền qua
bản ¼ bước sóng sẽ biến thành ánh sáng phân cực elip
vuông hoặc phân cực tròn
- 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực
x 2 y 2 2xy 2
2
2
cos sin
a1 a 2 a1a 2
Bản ½ bước sóng
(n o n e )d (2k 1)
2
(2k 1)
106 x y
0
a1 a 2
Như vậy sau khi truyền qua bản nửa bước sóng, ánh sáng phân cực
thẳng vẫn là ánh sáng phân cực phẳng nhưng mặt phẳng dao động
của nó bị quay đi 1 góc 2 so với trước khi vào bản
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
