Chương 3 cung cấp kiến thức về giao thoa ánh sáng. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Cơ sở của quang học sóng, Giao thoa ánh sáng, giao thoa gây bởi các bản mỏng, các ứng dụng của hiện tượng giao thoa.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Vật lý II (Phần 1: Quang học sóng): Chương 3 - TS. TS. Ngô Văn Thanh
- TS. Ngô Văn Thanh,
Viện Vật lý.
Chuyên ngành : Điện tử - Viễn thông , Công nghệ thông tin,
Điện - Điện tử
http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/phys/
- Chương 3: Giao thoa ánh sáng.
3.1 Cơ sở của quang học sóng
3.2 Giao thoa ánh sáng
3.3 Giao thoa gây bởi các bản mỏng
3.4 Các ứng dụng của hiện tượng giao thoa
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- 3.1 Cơ sở của quang học sóng
Hàm sóng của ánh sáng:
Ánh sáng là một loại sóng điện từ
Chỉ có phần điện trường biến thiên gây cho mắt cảm giác sáng.
Dao động của vector cường độ điện trường gọi là dao động sáng.
Phương trình dao động sáng:
Phương trình dao động sáng tại điểm O
Phương trình dao động sáng tại điểm P, với khoảng cách
Dấu (-): khi sóng ánh sáng đi từ trái sang phải. Dấu (+) : ngược lại
là thời gian sóng dịch chuyển từ O đến P.
Cuối cùng ta có phương trình dao động sáng
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Cường độ sáng:
Cường độ sáng tại một điểm là đại lượng có giá trị bằng năng lượng của ánh
sáng truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng
trong một đơn vị thời gian.
Biểu thức cường độ sáng
Nguyên lý chồng chất
Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì các sóng riêng lẻ không gây
nhiễu loạn cho nhau, có nghĩa là các sóng riêng lẻ sau khi gặp nhau vẫn
truyền đi như cũ.
Tại những điểm gặp nhau, dao động sáng tổng hợp bằng tổng các dao động
sáng thành phần.
Nguyên lý Huyghen
Tại một điểm bất kỳ nào đó trong trường sóng ánh sáng đều trở thành
nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng theo phương của sóng ánh sáng tới.
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- 3.2 Giao thoa ánh sáng
Hiện tượng giao thoa xảy ra khi có
hai nguồn sáng kết hợp gặp nhau,
tạo ra các miền sáng,
miền tối đan xen lẫn nhau.
Để tạo hai sóng ánh sáng kết hợp,
người ta thường tách từ một nguồn
sáng duy nhất thành 2 nguồn sáng.
Khe Young
S0, S1 và S2 là các lỗ nhỏ.
S1 và S2 : hai nguồn sáng thứ cấp
(theo nguyên lý Huygens)
Để dễ quan sát hơn, người ta thay
S0, S1 và S2 bằng các khe hẹp.
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Ảnh chụp vân giao thoa của sóng ánh sáng và sóng nước
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Gương Fresnel:
M1 và M2 là hai gương phằng, M1 nghiêng so với M2 một góc rất nhỏ (vài
phần nghìn rad).
S1 và S2 là hai ảnh ảo của nguồn sáng điểm S.
S1 và S2 trở thành hai nguồn sáng thứ cấp và chúng phát ra hai chùm sáng
kết hợp.
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Khảo sát hiện tượng giao thoa:
Xét hai chùm sóng ánh sáng phát ra từ S1 và S2 có cùng tần số và biên độ.
Cường độ điện trường của hai sóng ánh sáng tại điểm P:
độ lệch pha
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Cường độ điện trường tổng hợp tại điểm P:
Cường độ sáng tại điểm P:
suy ra
Cực đại giao thoa: những điểm sáng nhất:
Cực đại giao thoa: những điểm tối nhất:
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- k được gọi là bậc của vân giao thoa:
k = 0 : cực đại bậc 0…
k = 1 : cực tiểu bậc nhất…
Hình dạng của vân giao thoa bậc 0 có dạng mặt phẳng, các vân giao thoa khác
(cả vân sáng lẫn vân tối) có dạng hyperboloid.
Giả thiết khoảng cách giữa nguồn sáng và màn rất lớn so với bước sóng ánh
sáng và cũng rất lớn so với khoảng cách giữa hai khe sáng:
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Cực đại giao thoa:
Cực tiểu giao thoa
Khoảng cách giữa các vân sáng hoặc vân sáng (tối) kế tiếp
Khoảng cách giữa các vân giao thoa chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai
nguồn sáng S1 và S2 mà không phụ thuộc vào vị trí của chúng.
Hệ thống vân giao thoa không bị thay đổi khi dịch chuyển đồng thời S1 và S2
theo phương vuông góc với mặt phẳng của hình vẽ. Vì vậy, người ta thay hai
nguồn sáng điểm bằng hai khe sáng để thấy rõ hơn các vân giao thoa.
Giao thoa của ánh sáng trắng tạo nên hệ thống vân có màu (màu trắng, đỏ,
da cam … tím).
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- 3.3 Giao thoa gây bởi các bản mỏng
Giao thoa gây bởi các bản mỏng là sự giao thoa của các tia phản xạ trên hai
mặt của bản mỏng: màng xà phòng, váng dầu trên mặt nước…
Bản mỏng có bề dày thay đổi
Vân cùng độ dày
Hiệu của hai quang lộ:
Cực đại giao thoa
Cực tiểu giao thoa
Các vân giao thoa phụ thuộc vào độ dày của bản mỏng.
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Vân của nêm không khí
Hiệu của hai quang lộ:
Cực đại giao thoa: bề dày lớp không khí thỏa mãn công thức
Cực tiểu giao thoa
Các vân giao thoa là các đoạn thẳng song song với cạnh của nêm.
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Vân tròn Newton
Vân tròn Newton cũng là một dạng của nêm:
Vân sáng: bề dày lớp không khí thỏa mãn:
Vân tối: bề dày lớp không khí thỏa mãn
Các vân giao thoa là các vòng tròn tại tâm O.
Bán kính các vân tối: giả thiết
sử dụng ta có:
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Bản mỏng có bề dày không đổi
Vân có cùng độ nghiêng.
Hiệu của hai quang lộ chỉ phụ thuộc vào góc tới i.
Cực đại giao thoa khi góc tới thỏa mãn:
Cực tiểu giao thoa
Các tia sáng có cùng góc tới tạo nên các vân giao thoa là các vòng tròn
đồng tâm, vân giao thoa được gọi là vân giao thoa cùng độ nghiêng.
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- 3.4 Các ứng dụng của hiện tượng giao thoa
Khử tia phản xạ trên các mặt kính.
Ánh sáng phản xạ làm mờ các thiết bị quang học.
Làm lộ mục tiêu trong quân sự.
Phủ một lớp màng mỏng đặc biệt để khử ánh sáng phản xạ
Độ dày của lớp màng mỏng và chiết suất
Điều kiện để khử ánh sáng phản xạ: pha của hai tia phản xạ lệch nhau 180o.
Bề dày lớp màng mỏng
Màng mỏng trong suốt
là bước sóng của ánh sáng trong
chân không và trong màng mỏng
Thiết bị quang học
Chiết suất của lớp màng mỏng
Sự khử phản xạ tốt nhất khi:
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Kiểm tra các mặt kính phẳng hoặc lồi.
Mặt kính phẳng: ứng dụng hiện tượng giao thoa bằng nêm không khí.
Các vân giao thoa sẽ bị cong nếu mặt phẳng tấm kính bị lồi lõm.
Tấm kính mẫu
Thấu kính: ứng dụng phương pháp vân tròn Newton.
Các vân giao thoa sẽ là các vòng tròn đều nếu như mặt thấu kính đúng
là mặt cầu.
Tấm kính phẳng
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí (giao thoa kế Rayleigh).
Ứng dụng hiện tượng giao thoa trên khe Young.
Đo chiết suất của một chất lỏng hay chất khí . đã biết.
Hiệu quang lộ thỏa mãn công thức
m là số khoảng vân bị dịch chuyển
Suy ra:
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
- Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson).
Hai gương phản xạ M1 và M2.
Bản bán mạ
Tấm bù quang để điều chỉnh độ lệch giữa hai quang lộ
Tia 1: từ O P M1 P F.
Tia 2: từ O P M2 P F.
Nếu dịch chuyển gương theo
phương tia sáng một đoạn
thì hiệu quang lộ thay đổi là
Dịch chuyển gương theo chiều
Tấm bù quang
dài của vật:
Chiều dài của vật:
Bản bán mạ
m là số khoảng vân
bị dịch chuyển
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
