Bài giảng Vật lý II (Phần 1: Quang học sóng): Chương 2

TS. Ngô Văn Thanh, Viện Vật lý.

Chuyên ngành : Điện tử -Viễn thông , Công nghệ thông tin, Điện -Điện tử

Chương 2: Phân cực ánh sáng.

2.1 Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực 2.2 Phân cực do phản xạ và khúc xạ 2.3 Phân cực do lưỡng chiết 2.4 Ánh sáng phân cực ellipse và phân cực tròn 2.5 Lưỡng chiết nhân tạo 2.6 Sự quay mặt phẳng phân cực

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

2.1 Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực.

Ánh sáng tự nhiên  Ánh sáng mang tính chất sóng và tuân theo các phương trình Maxwell cho

 Vận tốc ánh sáng:  Nguồn sáng: tổng hợp vô số các đoàn sóng tạo bởi các nguyên tử phát

sóng điện từ.

 Mỗi đoàn sóng có vector cường độ điện trường luôn dao động theo một

sáng.

phương nhất định và vuông góc với tia sáng.  Các nguyên tử chuyển động hỗn loạn cho nên các vector cường độ điện trường của ánh sáng có phương khác nhau.

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

Ánh sáng tự nhiên có vector cường độ điện trường dao động đều đặn theo mọi phương vuông góc với tia sáng.

Phân cực ánh sáng  Phân cực ánh sáng: ánh sáng đi qua các môi trường bất đẳng hướng về

 Phân cực thẳng (phân cực toàn phần): các vector cường độ điện trường

mặt quang học.

 Mặt phẳng tạo bởi và phương truyền được gọi là mặt phẳng phân cực

dao động cùng phương tại mọi điểm.

 Ánh sáng tự nhiên được xem là một tập hợp của vô số ánh sáng phân cực

của sóng.

 Ánh sáng phân cực một phần:

là ánh sáng có vector cường độ điện trường dao động theo nhiều phương, nhưng độ mạnh yếu của dao động giữa các phương là khác nhau.

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

thẳng.

 Phân cực ánh sáng bằng phương pháp hấp thụ lọc (kính phân cực):

 Polarizer: kính phân cực chỉ cho ánh sáng truyền qua theo một phương

 Transmission axis : quang trục, vector cường độ điện trường của ánh

nhất định

 Analyser: kính phân tích làm thay đổi cường độ sáng, có thể dùng để

sáng phân cực song song với quang trục.

 Định luật Malus: Cường độ sáng nhận được:

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

phân biệt ánh sáng phân cực và ánh sáng thường

2.2 Phân cực do phản xạ và khúc xạ.

Phân cực toàn phần  Góc phân cực

 Sử dụng định luật Snell với

 Góc được gọi là góc Brewster.

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

mặt khác

 Sóng phản xạ và sóng khúc xạ có thể không bị phân cực, phân cực một phần hoặc là phân cực toàn phần, nó phụ thuộc vào góc tới của sóng ánh sáng.

Khi góc tới bằng 0 hoặc bằng 90o: sóng ánh sáng không bị phân cực

Khi tổng góc tới và góc khúc xạ bằng 90o: sóng phản xạ phân cực toàn phần, sóng khúc xạ phân cực một phần.

Các trường hợp khác: cả hai sóng khúc xạ và phản xạ đều phân cực một phần.

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

Sóng khúc xạ không bao giờ bị phân cực toàn phần.

2.3 Phân cực do lưỡng chiết.

 Tia sáng tới bị tách thành 2 tia khi truyền qua môi trường bất đẳng hướng  Chất lưỡng chiết (tinh thể) có hai giá trị chiết suất khác nhau

 Chiết suất

 Chiết suất của tia dị thường phụ thuộc vào phương truyền sóng.  Tinh thể âm:  Tinh thể dương:  Quang trục:  Tinh thể đơn trục và tinh thể lưỡng trục

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

của tia thường không thay đổi với mọi phương sóng tới.

 Quang trục nghiêng một góc nào đó so với mặt tinh thể:

 Tia sáng đi qua tinh thể bị tách thành hai tia.  Tia dị thường không vuông góc với mặt sóng của nó.

 Quang trục và chùm sáng cùng vuông góc với mặt tinh thể:

 Tia sáng qua tinh thể không bị tách thành hai tia.  Tia thường và tia dị thường trùng nhau và có cùng vận tốc.

 Trục quang học song song với mặt tinh thể, chùm sáng vuông góc với

mặt đó:

 Tia sáng đi qua tinh thể bị tách thành hai tia.  Tia thường và tia dị thường trùng nhau nhưng có vận tốc khác nhau.

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

2.4 Ánh sáng phân cực ellipse và phân cực tròn.  Đầu mút của vector cường độ điện trường chuyển động trên một đường ellipse

 Xét vector cường độ điện trường hợp với quang trục một góc là  Sau khi qua bản tinh thể lưỡng chiết:



hoặc trên một đường tròn.

 Phương trình chuyển động theo phương x và y :

: tia thường vuông góc với quang trục. : tia bất thường song song với quang trục. : bước sóng của ánh sáng trong chân không.

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

Trong đó

Phân cực ellipse ¼ bước sóng:  Bề dày của bản tinh thể thỏa mãn điều kiện:

 Phương trình chuyển động có dạng ellipse

Phân cực tròn:

 Phương trình chuyển động có dạng đường tròn:

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

Phân cực thẳng:  Bề dày của bản tinh thể thỏa mãn điều kiện:

 Phương trình chuyển động có dạng đường thẳng

 Phương trình chuyển động:

Bản tinh thể là bản nửa bước sóng  Bề dày của bản tinh thể thỏa mãn điều kiện:

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

Bản tinh thể là bản một bước sóng

2.5 Lưỡng chiết nhân tạo.

Lưỡng chiết khi bị biến dạng:

 Vật có tính bất đẳng hướng khi bị nén hoặc bị kéo dãn  Quang trục: phương mà vật bị nén hoặc bị kéo dãn.  Hiệu số chiết suất của môi trường bị nén

  C là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào bản chất của vật và bước sóng ánh sáng.

 Hiệu pha giữa hai dao động của tia thường và tia bất thường:

p là áp suất tác dụng lên vật

 Ứng dụng: dùng để nghiên cứu sự phân bố áp suất trong vật.

@2009, Ngô Văn Thanh -Viện Vật Lý

 d là bề dày của vật