Giáo trình Quang học: Phần 2 - Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh

Tiếp nối nội dung phần 1, phần 2 giáo trình Giáo trình Quang học tiếp tục cung cấp đến các bạn nội dung về: phân cực ánh sáng, quang điện từ, các hiệu ứng quang lượng tử, Laser và quang học phi tuyến. Qua tài liệu này các bạn sinh viên sẽ có điều kiện củng cố vững chắc thêm các kiến thức có được từ phần nghiên cứu lý thuyết. Hy vọng rằng với giáo trình này các em sẽ đạt kết quả tốt trong quá trình học tập, nghiên cứu về Quang học.

Chương IV HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG SS1 ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN VÀ ÁNH SÁNG PHÂN CỰC Ta biết ánh sáng sóng điện tử có độ dài sóng ngắn (từ 0,4 (m ( 0,75(m) Một nguồn sáng đèn, lửa gồm vô số hạt phát ánh sáng Các hạt phân tử, nguyên tử hay ion Mỗi hạt coi máy (lưỡng cực) tí hon phát sóng điện từ ur E Chiều truyền H.1 Trong quang học, véctơ điện trườngĠ có vai trị đặc biệt quan trọng, nên hình vẽ trên, ta vẽ sóng điện trường Từ trườngĠ thẳng góc với hình vẽ hướng phía trước tờ giấy Các sóng điện từ phát máy phát sóng tí hon có véctơ điệnĠ (còn gọi Frexnen hay véctơ chấn động sáng) hướng theo tất phương thẳng góc với phương truyền tia sáng (vì trình phát sóng, hạt độc lập với nhau) Ánh sáng phát gọi ánh sáng tự nhiên, hay ánh sáng thiên nhiên Vậy ánh sáng tự nhiên coi gồm vô số chấn động thẳng phân bố theo tất phương thẳng góc với phương truyền tia sáng, khơng có phương chấn động ưu đãi phương chấn động khác (a) H.2 (b) Nếu cách đó, ta làm đối xứng nói phương chấn động sáng, ánh sáng gọi ánh sáng phân cực Ta có ánh sáng phân cực phần (h.3a) hay phân cực hoàn toàn (h.3b) (a) (b) H Ánh sáng phân cực hồn tồn cịn gọi ánh sáng phân cực thẳng (vì xét điểm cố định, đỉnh véctơ điệnĠ dao động đường thẳng) hay gọi phân cực thẳng (vì sóng hình sin nằm mặt phẳng, gọi mặt phẳng chấn động) mặt phẳng chấn động ur E mặt phẳng sóng ur V ur H Phương chiều truyền (tia sáng) mặt phẳng phân cực H Hình vẽ ứng với ánh sáng phân cực thẳng Mặt phẳng hợp bởiĠ vàĠ mặt phẳng chấn động Mặt phẳng chứa tia sáng thẳng góc với véctơ điệnĠ gọi mặt phẳng phân cực, véctơĠ gọi véctơ phân cực Mặt phẳng hợp bởiĠ Ġ mặt phẳng sóng HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO PHẢN CHIẾU SS.2 Thí nghiệm Malus (M) (M’) I 570 570 (E) A2 I’ R A3 N S N' A1 A1 H.5 A4 Chiếu tới gương thủy tinh M chùm tia sáng tự nhiên song song, góc tới i = 57o Mặt sau gương M bôi đen để loại trừ tia phản chiếu mặt sau gương Aùnh sáng tới mặt trước gương M phản chiếu Hứng chùm tia phản chiếu gương M’ giống hệt gương M với góc i’=57o Tia phản chiếu cuối gương M đươc hứng ảnh E - Khi quay gương M xung quanh tia tới SI giữ góc tới góc i = 57o, kết thí nghiệm cho thấy cường độ sáng tia phản chiếu II’ không thay đổi (hứng chùm tia II’ lên ảnh để quan sát) - Bây để yên gương M quay gương M’ xung quanh tia tới II’ giữ góc tới i’ = 57( Thí nghiệm cho thấy cường độ chùm tia phản chiếu I’R thay đổi gương M’ quay: Khi mặt phẳng tới (ứng với hai gương) (SII’) (II’R) song song với nhau, cường độ tia phản chiếu IR cực đại, vật sáng E sáng nhất, hai vị trí A1 A3 Khi hai mặt phẳng tới thẳng góc với cường độ chùm tia I’R triệt tiêu, ứng với hai vị trí A2 A4 Nếu góc tới gương khác 57( vị trí A2 A4, cường độ tia I’R cực tiểu (tại A2 A4 tối nhất) triệt tiêu Ta giải thích sơ thí nghiệm sau : Chùm tia sáng SI chùm tia sáng tự nhiên nên chấn động sáng có tính đối xứng theo tất phương thẳng góc với SI, quay gương M quay làm thay đổi cường độ sáng tia phản chiếu II’ Sau phản chiếu gương M, ánh sáng II’ khơng cịn tính đối xứng chùm tia SI nữa, mà ánh sáng phân cực thẳng Do quay gương M’, quay có ảnh hưởng tới cường độ sáng tia phản chiếu I’R Vì tính khơng đối xứng chùm tia tới II’ đến gương M’ nên có vị trí M’ để ánh sáng phản chiếu cực đại, có vị trí khác M’ để ánh sáng phản chiếu triệt tiêu Nếu chùm tia SI tới gương M góc tới i ( 57( chùm tia phản chiếu II’ ánh sáng phân cực phần Do quay gương M’ có phương để ánh sáng phản chiếu I’R có cường độ cực tiểu thơi, khơng thể triệt tiêu (vì với ánh sáng phân cực phần, ta có ưu đãi phương chấn động phương chấn động bị khử hồn tồn) Gương M biến đổi ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực nên gọi kính phân cực Gương M’cho ta biết ánh sáng tới (II’) ánh sáng phân cực nên gọi kính phân tích SS.3 Định luật Brewster Từ cơng trình thực nghiệm, Brewster phát triển định luật sau : - Để có ánh sáng phân chiếu bề mặt môi phải có trị số xác định tùy trường tính S R iB n H tgi = n iB rB R’ , n = chiết suất mơi trường Góc i gọi góc tới Brewster, ký hiệu iB cực hồn tồn phản trường suốt, góc tới i thuộc vào chất mơi cơng thức Ta có : tgiB = n hay sin iB = n cosiB so với định luật Descartes Suy : cosiB = sinrB hay iB = rB tia khúc xạ thẳng góc với Vậy trường hợp này, tia phản −chiếu π Nếu môi trường thủy tinh n = 1,5 tgiB = 1,5, iB ( 57( SS.4 Khảo sát lý thuyết phân cực phản chiếu Trước hết, xét sóng điện từ phân cực thẳng tới mặt phẳng cách hai mơi trường có chiết suất n n’ (giả sử n’ > n) y S z Et1 x Ek1 I i i R’ r Ep1 Mặt phẳng tới R n’ n Lấy điểm tới I làm gốc tọa độ, đường pháp tuyến I làm trục x, mặt phẳng ngăn chia hai môi trường mặt phẳng yIz, mặt phẳng tới mặt phẳng xIy Xét trường hợp véctơ điện sóng tới nằm mặt phẳng tới ( h.7 ) Các véctơ điện trường từ trường thuộc sóng tới, phản chiếu khúc xạ phải thỏa “điều kiện biên” mặt ngăn chia hai môi trường, nghĩa thành phần mặt ngăn chia hai môi trường véctơ điện trường, hay véctơ từ trường, phải có bảo tồn từ mơi trường sang môi trường Gọi Et1, Ht1, Ep1, Hp1, Ek1, Hk1 trị số cực đại điện trường từ trường ứng với sóng tới (t) sóng phản chiếu (P) sóng khúc xạ (K) Xét thời điểm I, điện trường từ trường ba sóng có trị S y số cực đại Et IE k Ep H.8 R z Hk Ht H.9 Hp x R’ Áp dụng điều kiện biên vào vectơ điện trường hai môi trường, ta có : Et1 cosi - Ep1 cosi = Ek1 cosr (4.1) Trong trường hợp hình vẽ 7, véctơ từ trường song song với phương Iz chiều với Áp dụng điều kiện biên, ta có : Ht1 + Hp1 = Hk1 (4.2) Nếu gọi ( (, (’ (’ số điện môi độ từ thẩm môi trường mơi trường 2, theo lý thuyết sóng điện từ, ta có : H t1 = ε µ E t , H p1 = ε µ E p1 , H k = ε' µ' E k1 Ngồi chiết suất môi trường : n= ⎧ ⎪c = ε µ ⎪ o o ⎨ ⎪v = ⎪⎩ εµ εµ c = ε o µo v với mơi trường suốt, ta có :Ġ, suy :Ġ tương tự Ġ Thế hệ thức vào phương trình (4.2), ta : nE t1 + nE p1 = n'E k1 (4.3) Từ phương trình (4.1) suy :Ġ Từ phương trình (4.3) suy :Ġ Lấy (4.4) + (4.5), suy :Ġ (4.4) (4.5) hay 2E t1 = E k1 cos r.sin r +sin i.cos i = E k1 sin2r +sin2i cos i.sin r E t1 = E k1 2cos i.sin r sin ( i+ r ).cos( i− r ) cos i.sin r Vậy ĉ (4.6) (4.5) – (4.4), suy : sin( i − r ).cos(i + r ) ⎛ sin i cos r ⎞ 2E p1 = E k1 ⎜ − ⎟ = E k1 cos i.sin r ⎝ sin r cos i ⎠ Suy E p1 = E t1 tg (i − r ) tg (i + r ) (4.7) Các công thức (4.6) (4.7) gọi công thức Frexnen - Trong trường hợp véctơ điện sóng tới thẳng góc với mặt phẳng tới Trong trường hợp này, véctơ điện sóng phản xạ khúc xạ thẳng góc với mặt phẳng tới, ta có cơng thức Frexnen : Ep2 = − sin ( i− r ) E sin ( i+ r ) t (4.8) E k = 2cos i.sin r E t sin ( i+ r ) (4.9) Các công thức Frexnen cho ta biết cường độ véctơ điện sóng phản xạ khúc xạ ứng với góc tới xác định chùm tia tới, phân cực thẳng chấn động song song với mặt phẳng tới thẳng góc với mặt phẳng tới Gọi Ip It cường độ ánh sáng tới ánh sáng phản chiếu, ta có hệ số phản chiếu : ρ1 = I p1 I t1 = E 2p1 E t1 = tg (i − r ) tg (i + r ) (4.10) (Trường hợp véctơ điện chùm tia tới song song với mặt phẳng tới) hay ρ = Ip2 It2 = E 2p = E t2 s in ( i − r ) s in ( i + r ) (4.11) Nếu véctơ điệnĠ sóng tới có phương vị bất kỳ, ta táchĠ thành hai thành phần : song song thẳng góc với mặt phẳng tới áp dụng công thức (4.10 ) (4.11) cho hai thành phần Bây xét ánh sáng tới ánh sáng thiên nhiên Aùnh sáng gồm sóng phân cực thẳng phân bố theo tất phương thẳng góc với tia sáng Mỗi sóng coi gồm hai thành phần song song thẳng góc với mặt phẳng tới Vì lý đối xứng ánh sáng tự nhiên, tổng số thành phần Vì vậy, trường hợp này, Ip It tổng số cường độ sáng sóng phản xạ sóng tới ứng với tất phương vị véctơ điện sóng tới ta có : (4.12) ρ= Ip It = 12 tg2 ( i − r ) ( ) + 2 sin ( i + r ) tg ( i + r ) sin i − r Nếu xét trường hợp i = mơi trường thứ khơng khí, ta có :Ġ Với mơi trường thứ hai thủy tinh có chiết suất n = 1,5, suy ( = 4% Vậy phản xạ thẳng góc bề mặt thủy tinh có 4% ánh sáng phản xạ trở lại Ta thấy trường hợp góc tới Brewster,Ġ, số hạng thứ công thức (4.12) triệt tiêu, có nghĩa khơng có ánh sáng phản xạ mà véctơ điện (véctơ chấn động sáng) có thành phần song song với mặt phẳng tới, nói cách khác, ánh sáng phản xạ điều kiện ánh sáng phân cực thẳng có phương chấn động thẳng góc với mặt phẳng tới hay song song với mặt phản chiếu Ta có : n sin iB = n ' sin rB iB + rB = π n sin iB = n ' sin ( π2 − iB ) = n ' cos iB tgi B = n' n (4.13) Ta tìm lại định luật Brewster trường hợp tổng quát Nếu góc tới khác với góc tới Brewster, ánh sáng phản xạ véctơ chấn động sáng có hai thành phần thẳng góc song song với mặt phẳng tới, phân cực phần 0,8 ρ 0,6 0,4 0,2 0,04 15o 30o 45o 60o 75o 90o H 10 Hình vẽ 10 biểu diễn biến thiên hệ số phản chiếu ( theo góc tới i trường hợp phản chiếu mặt tiếp xúc khơng khí - thủy tinh với chiết suất n = 1, n’ = 1,5 SS.5 Độ phân cực Xét ánh sáng tới ánh sáng tự nhiên Ta coi chấn động sáng tạo hai thành phần vng góc có cường độ (E2t1 = E2t2) không kết hợp pha Ánh sáng phản xạ gồm hai thành phần vng góc khơng kết hợp pha có cường độ khác (E2p1 ( E2p2) tg (i −r ) t1 tg (i +r ) (thành phần song song với mặt phẳng tới) E p1 = E E p = Et sin (i − r ) sin (i + r ) (thành phần thẳng góc với mặt phẳng tới) Tỉ số cường độ sáng hai chấn động thành phần : I p1 E2 p1 cos2 (i+r) (5.1) I p2 = E2 p2 = cos2 (i−r) Ta thấy, trường hợp tổng quát, ta có Ip1 < Ip2 (Ip1 = cường độ ứng với thành phần chấn động song song với mặt phẳng tới, Ip2= cường độ ứng với thành phần chấn động thẳng góc với mặt phẳng tới) Vậy ánh sáng phản xạ, ta không đối xứng ánh sáng tới tự nhiên mà chấn động thẳng góc với mặt phẳng tới ưu đãi hơn, ta có phân cực phần Ta định nghĩa độ phân cực chùm tia sáng δ = Với I − I1 I + I1 (5.2) ≤ δ ≤1 Với chùm tia phản xạ, ta có : - Các trường hợp đặc biệt : δp = I p − I p1 I p + I p1 * Chùm tia tới thẳng góc với mặt lưỡng chất : i = 0, r = 0, Ip2 = Ip1 ( (p = : ánh sáng phản xạ ánh sáng tự nhiên * Tia tới lướt mặt lưỡng chất : π i= , r = góc khúc xạ giới hạn Ip1 = Ip2 ( (p = : ánh sáng phản xạ ánh sáng tự nhiên * Tia tới đến mặt lưỡng chất góc tới Brewster π i = iB, r = rB, iB + rB = Ip1 = ( (p = : ánh sáng phản xạ phân cực toàn phần - Xét phân cực ánh sáng khúc xạ Gọi Ik1 Ik2 cường độ sáng ứng với thành phần song song thẳng góc với mặt phẳng tới Ta có : I k1 E 2k1 = = I k E k cos (i − r ) Ik2 = cos (i − r ) I k1 Hay (5.3) Ta thấy, trường hợp tổng quát, Ik1 > Ik2 ánh sáng khúc xạ, thành phần chấn động nằm mặt phẳng tới ưu đãi Độ phân cực (5.6) δk = Ik1−Ik Ik1+ Ik * Khi i = 0, Ik1 = Ik2, (k= : ánh sáng khúc xạ ánh sáng tự nhiên Với i ( 0, ánh sáng khúc xạ ánh sáng phân cực phần Trên thực tế, ta quan sát ánh sáng môi trường thủy tinh mà quan sát ánh sáng ló khỏi thủy tinh mà Xét trường hợp thường gặp thí nghiệm ánh sáng qua thủy tinh hai mặt song song đặt khơng khí, góc tới i, góc khúc xạ r (1) (n) (1) J i i S I H 11 Chấn động tới SI ánh sáng tự nhiên gồm hai thành phần không kết hợp, cường độ (E2t1 = E2t2) chấn động ứng với tia IJ gồm hai thành phần khơng kết hợp có cường độ khác (E2k1 ( E2k2) Các thành phần chấn động ló IR có cường độ khác E’2k1 ( E’2k2 Với lần khúc xạ J, góc tới góc r, góc khúc xạ i, ta có: I 'k E '2k E 2k = '2 = cos (i − r ) ' I k1 E k1 E k1 hay I 'k = cos (i − r ) ' I k1 i = iB (góc tới Brewster) : r = rB =Ġ I 'k π = cos (2i B − ) = sin 2i B ' I k1 ⎡ 2tgi B ⎤ ⎡ 2n ⎤ =⎢ =⎢ ⎥ 2⎥ ⎢⎣1 + tg iB ⎥⎦ ⎣1 + n ⎦ với n = 1,5,Ġ, nghĩa độ phân cực ánh sáng ló nhỏ Muốn tăng độ phân cực ánh sáng ló, ta dùng nhiều thủy tinh đặt song song liên tiếp PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO MÔI TRƯỜNG DỊ HƯỚNG SS.6 Môi trường dị hướng Từ trước đến giờ, ta xét môi trường đẳng hướng, nghĩa ánh sáng truyền môi trường theo phương nhau, thí dụ : thủy tinh thông thường, nước Trong phần này, ta đề cập tới mơi trường dị hướng, có tính chất thay đổi theo phương Thí dụ: đá băng lan, thạch anh, Phần lớn chất dị hướng chất kết tinh Trong trường hợp tổng quát, tia sáng chiếu tới tinh thể dị hướng tách làm hai tia khúc xạ, cho hai tia ló, gọi tia thường R0 tia bất thường Re Do ta nhìn vật qua tinh thể dị hướng, ta thấy hai ảnh, ứng với hai chùm tia thường bất thường (a) H 12 (b) Tia bất thường khúc xạ qua mơi trường khơng tn theo hai định luật Descartes - Trục quang học Trong mơi trường dị hướng có phương đặc biệt, ánh sáng truyền môi trường theo phương truyền giống mơi trường đẳng hướng Phương đặc biệt gọi trục quang học tinh thể dị hướng Truïc quang học S I J Trong trường hợp hình vẽ 13, ánh sáng truyền qua dị hướng song song với trục quang học, ta tia ló nhất, tuân theo định luật Descartes khúc xạ (tại I J) Các mơi trường có trục quang học gọi mơi trường đơn trục, có hai trục quang học gọi mơi trường lưỡng trục Ta đề cập tới môi trường dị hướng đơn trục - Mặt phẳng hợp trục quang học tia thường gọi mặt phẳng tia thường Mặt phẳng hợp trục quang học với tia bất thường gọi mặt phẳng tia bất thường S I môi trường dị hướng ~ trục quang học Re Ro H.14 Trong hình 14, trục quang học thẳng góc với mặt phẳng hình vẽ Mặt phẳng tia thường mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng hình vẽ chứa tia IR0; mặt phẳng tia bất thường mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng hình vẽ chứa tia IRe SS.7 Bề mặt sóng thường - bề mặt sóng bất thường Chiếu chùm tia sáng song song tới dị hướng Xét điểm tới I Ta coi I nguồn sáng thứ cấp theo nguyên lý Huyghens ωo S I ωe ∑o II Ro I ∑e Re Re S I’ Ro I’ (a) (b) H 15 Đối với tia thường, ánh sáng từ I truyền theo hướng nhau, sau thời gian ánh sáng truyền tới mặt cầu, tâm I Mặt cầu gọi bề mặt sóng thường (0 Vớùi điểm tới khác (I’, I’’, ) tia thường, ta có bề mặt sóng mặt cầu (tâm I’, I’’, ) Mặt phẳng (0 tiếp xúc với bề mặt sóng (0 làø mặt phẳng sóng thường Đối với tia bất thường, ánh sáng từ I, I’ truyền theo phương môi trường dị hướng với vận tốc khác Sau thời gian, ánh sáng truyền tới bề mặt có dạng elipsoid trịn xoay, với trục đối xứng trịn xoay trục quang học Elipsoid gọi bề mặt sóng bất thường (e Mặt phẳng (e tiếp xúc với bề mặt sóng bất thường (e gọi mặt phẳng sóng bất thường A ωe M Vo I Ve B A’ H 16 - Đời sống trung bình trạng thái kích thích Xét thời điểm t (t = lúc ngưng kích thích) Trong thời gian dt kế tiếp, số hạt từ trạng thái kích thích tự nhiên rơi trở trạng thái bn*dt Vì dt nhỏ nên ta coi hạt trạng thái kích thích thời gian t Vậy thời gian tổng cộng ứng với số hạt bn*dt.t Thời gian t lấy từ tới (, đời sống trung bình hạt trạng thaí kích thích : τ = Suy * n1o τ= ∫ ∞ b n * t dt ∞b = b ∫ e − bt t dt b gọi xác suất phát xạ Vậy n* = no* e-t/ ( §§5 HIỆU SUẤT PHÁT HUỲNH QUANG Ta thấy hạt phát quang có vai trị máy biến đổi ánh sáng : hấp thụ ánh sáng kích thích biến đổi thành ánh sáng phát quang Thực ra, tất hạt bị kích thích, rơi trở mức bản, phát huỳnh quang, mà phần hạt nhường lượng mà chúng hấp thụ cho hạt xung quanh dạng chuyển động Do hạt trở mức không phát xạ Như vậy, đơn vị thời gian, số hạt rơi trở mức gồm bn* hạt phát huỳnh quang mà bn* + cn* (cn* số hạt rơi mức đơn vị thời gian mà không phát huỳnh quang, c hệ số dương) Do đo,ù đời sống trung bình hạt trạng thái kích thích khơng phải làĠ mà thực :Ġ Hiệu suất phát huỳnh quang định nghĩa : ζ = bn* b = * * bn + cn b+c ζ = bτ Hay Ta thấyĠ số Vậy tỷ lệĠ đặc trưng cho tượng phát huỳnh quang đơn giản §§6 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Hiệu suất phát quang viết : ζ = J b = A b+c Trong J quang thơng phát quang, A quang thông hấp thụ hay J = A 1+ c / b Giả sử hạt trở trạng thái mà không phát quang đụng cơng thức trên, b số nhiệt độ c thay đổi theo nhiệt độ Nếu ta thừa nhận rằng, khoảng nhiệt độ giới hạn quang thơng hấp thụ A độc lập với nhiệt độ thừa nhận c= nhiệt độ T = 0ok : ĉ Với Jo quang thông phát quang 0ok hay A = Jo Jo c = 1+ j b Suy Vậy Ġ hàm bậc theo c nhiệt độ tăng c tăng, cường độ phát quang giảm §§7 ĐO THỜI GIAN PHÁT QUANG Ta xét trường hợp quang phát quang đơn giản có cường độ phát quang giảm theo công thức : I = Io e-t/τ t = thời gian tính từ lúc ngưng kích thích ( = thời gian phát quang trung bình Máy để đo thời gian lân quang nghiệm Becquerel Máy gồm hai đĩa tròn A B, đĩa có đục lỗ thủng cách Các lỗ thủng hai đĩa không đối diện mà xen kẽ Hai đĩa A B gắn trục quay Chất phát quang để hai đĩa lớp mỏng để ánh sáng truyền qua Chất phát quang chiếu sáng (kích thích) qua lỗ đĩa này, giả sử đĩa A, quan sát qua lỗ đĩa (đĩa B) Giả sử đĩa có n lỗ quay với vận tốc N vòng/s Chất phát quang kích thích lỗ thủng đĩa A quay đến trước quan sát lỗ thủng đĩa B quay đến trước Bề rộng lỗ thủng hẹp để kích thích quan sát coi tức thời B A H B A Thời gian từ lúc kích thích tới lúc quan sát : t= 2Nn Từ công thức I = Io e -t/(, suy ra: LogI = log I o − 2Nnτ Cho N thay đổi loạt trị số đo cường độ I tương ứng Vẽ đường biễu diễn Log I theoĠ, ta đường thẳng Biết hệ số góc đường ta suy thời gian ( Với lân quang nghiệm này, người ta đo thời gian ( ngắn (104s) Các thí nghiệm sau thực Wood đo thời gian ( ngắn nhiều Wood để chất phát quang đĩa quay tạo chất ảnh điểm nguồn sáng kích thích Nếu phát quang xảy tức thời, quan sát đĩa quay ta thấy điểm sáng Nếu phát quang kéo dài, ta cung sáng Dựa vào chiều dài cung này, Wood xác định thời gian Thí dụ, thí nghiệm với platino cyanua barium, Wood đo Ġ Những thời gian phát quang cực ngắn chất lỏng đo phương pháp Gaviola, dụng cụ thiết bị hình vẽ O N’2 (II) C’ N’1 C S N1 N2 P (I) H Ánh sáng kích thích phát xạ từ nguồn S, qua tế bào Ker C chứa nitrobenzen đặt hai nicol chéo góc N1 N2, tới chất phát quang P Ánh sáng từ P phát qua tế bào Ker C’(chứa nitrobenzen) đặt nicol chéo góc N’1 N’2 tới quan sát viên O Các tế bào Ker C C’ đặt đồng với điện trường cao tần, giả sử có tần số N = 5.106 hertz Như đốivới chùm tia kích thích chùm tia phát quang, hệ thống (I) (II) cho ánh sáng qua cách đồng với chu kỳ làĠ giây Gọi ( = thời gian ánh sáng qua quãng đường CPC’ (( < T) Nếu phát quang xảy tức thời khơng có ánh sáng tới Nếu tượng phát quang kéo dài ánh sáng phát p, sau p bị kích thích thời gian t = T - (, tới c’ sau ánh sáng kích thích tới C thời gian T, qua hệ thống (II) tới Bằng cách giảm quãng đường CFC’, nghĩa giảm (, ta làm tăng t Khi không cịn ánh sáng tới 0, ta có t = ( Với phương pháp ta đo thời gian ( nhỏ so với chu kỳ T Khảo sát dung dịch fluoresein, Gaviola đo thời gian phát quang trung bình vào khoảng từ 10-8 giây tới 10-9 giây §§8 HIỆN TƯỢNG PHÁT HUỲNH QUANG CHẬM VÀ PHÁT LÂN QUANG Trong phần trên, ta xét loại phát quang có tham gia mức lượng thường (mức mức kích thích) Các tượng phát quang gọi phát huỳnh quang đơn giản Một loại tượng phát quang thứ hai có tham gia mức lượng giới ẩn (metastable), trường hợp phát huỳnh quang chậm, phát lân quang Một hạt trực tiếp từ mức lượng E nhảy lên mức lượng giới ẩn E’ mà phải qua trung gian mức lượng kích thích E* cao Từ mức lượng giới ẩn, hai chế sau xảy (a) E* E* E’ E’ E Huyønh quang chậm (b) H E Lân quang - Hoặc hạt tự động rơi trở mức (hình 6a) Đó loại tượng phát huỳnh quang, có thời gian phát quang kéo dài (so với phát huỳnh quang đơn giản) Vì gọi phát huỳnh quang chậm Thời gian phát huỳnh quang trung bình ứng với tượng phát quang chậm vào khoảng từ 10-4 giây tới phút, thời gian ứng với tượng phát huỳnh quang đơn giản khoảng từ 10-10 giây tới 10-4 giây - Hoặc hạt tác động bên ngoài, nhảy lên mức kích thích E* cao hơn, tự động rơi trở mức Đó tượng phát lân quang (hình 6b), tượng này, mức lượng giới ẩn coi hoàn toàn bền khơng có tác động bên ngồi Ngồi ra, ta thấy từ mức lên mức giới ẩn, hay từ mức giới ẩn xuống mức bản, xảy cách gián tiếp Thời gian hạt nằm mức giới ẩn kéo dài vơ hạn Ta thấy mức giống “bẫy” lượng Nếu ta hạ nhiệt độ xuống thấp để làm giảm tần số đụng hạt, thời gian phát lân quang tăng lên Đời sống trung bình hạt mức giới ẩn kéo dài vơ hạn ta hạ nhiệt độ xuống tới mức Người ta cịn phân biệt hai loại phát lân quang ƒ Phát lân quang Perrin, xảy với chất lỏng chất khí Giữa hai q trình hấp thụ phát xạ, phân tử trải qua trạng thái trung gian phát lân quang nhận cung cấp lượng môi trường ƒ Phát lân quang Becquerel - Lenard, xảy với chất rắn kết tinh Trong trình phát lân quang có “ion hóa nội” Một điện tử bị bứt khỏi nguyên tử phát quang để có độ tự Khi điện tử tái hợp với nguyên tử phát xạ lân quang xảy §§9 CHẤT TĂNG HOẠT - TÂM ĐỘC Khi khảo sát phát quang chất, người ta thấy trộn vào chất chất kim thích hợp phát quang mạnh nhiều so với chất phát quang nguyên chất lúc đầu Thí dụ : Trộn thật bột CdI2 PbI2 aceton kết tinh Ta phẩm vật có tính phát quang mạnh nhiều so với CdI2 tính chất Ta bảo chất CdI2 tăng hoặt chất kim đưa vào (Pb) gọi chất tăng hoạt Chất ban đầu (CdI2) gọi chất Một chất phát quang có chất tăng hoặt, thí dụ trường hợp CdI2 tăng hoạt chì, ký hiệu sau : CdI2 (Pb) Tương tự ta tăng hoạt CdI2 đồng hay Mn.Sulfur kẽm tăng hoạt Ag, Cu, Tỷ lệ chất tăng hoạt chất có ảnh hưởng rõ rệt tới cường độ phát quang ta có tỷ lệ xác định để cường độ phát quang mạnh Sự diện chất tăng hoạt làm tăng cường độ phát quang mà cịn làm thay đổi phổ phát quang Ngược lại với tăng hoặt, diện chất Fe, Co, Ni làm tính phát quang chất Các kim chất gọi “tâm độc“ Thí nghiệm cho thấy rõ tượng người ta chưa thể giải thích §§10 SỰ NHẠY HĨA Ta xét phát quang phốt phát calci Ca3(PO4)2 Nếu chất tăng hoạt Mangan kích thích tia âm cực phát quang ánh sáng đỏ Nhưng kích thích tia tử ngoại 2500Ao lại không phát quang Nếu tăng hoạt Sêri (Ce) kích thích tia tử ngoại (2500Ao) thấy phát quang ánh sáng tử ngoại 3500Ao Bây tăng hoạt Ce Mn kích thích ánh sáng 2500Ao ta thấy ánh sáng phát quang gồm vạch 3500Ao vạch nói Người ta giải thích sau: Khi kích thích tia 2500Ao, Ce chuyển lượng kích thích cho chất tăng hoạt Mn, vậy, cách gián tiếp, phốt phát calci với chất tăng hoạt Mn bị kích thích tia 2500Ao Sự chuyển lượng hai tâm sáng (từ tâm sáng có chứa Ce sang tâm sáng có chứa Mn) gọi nhạy hóa Ce đợc gọi chất nhạy hóa Chương XII LASER §§1 SỰ PHÁT MINH LASER Việc phát minh tia Laser bắt nguồn từ cố gắng nhà khoa học muốn tìm cách sản xuất luồng sóng vơ tuyến có bước sóng thật ngắn Trong kỹ thuật vô tuyến, người ta biết : Muốn tạo luồng sóng vơ tuyến có bước sóng ngắn phải có máy phát sóng có kích thước nhỏ Như vậy, kỹ thuật gia trước vấn đề nan giải : Khơng thể chế tạo máy phát sóng có kích thước q nhỏ Để giải khó khăn này, người ta nghỉ tới loại máy phát sóng vơ nhỏ có sẵn thiên nhiên : Đó nguyên tử, phân tử vật chất Thực vậy, biết ánh sáng loại sóng điện từ có độ dài sóng ngắn phát nguyên tử hay phân tử Vậy bế tắc nói ngành vơ tuyến, ngun tắc giải Tuy nhiên, vấn đề khó đặt trước nhà khoa học, kỹ thuật là: Làm bắt máy phát sóng tí hon hoạt động theo ý muốn người Vì biết, phát sóng ánh sáng nguyên tử, phân tử xảy hoàn toàn ngẫu nhiên, tự phát, không điều khiển Các nguyên tử nguồn sáng phát ánh sáng theo tất phương với vơ số bước sóng khác Các sóng phát khơng có liên hệ với biên độ pha Một nguồn sáng khơng có lợi ích kỹ thuật vơ tuyến Q trình giải vấn đề (điều khiển xạ phát nguyên tử, phân tử) đưa đến phát minh MASER (viết tắt Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Hai nhà bác học Liên Xô Prôkhôrôp Basôp nhà bác học Mỹ Townes người đóng góp nhiều việc đưa đến phát minh (lãnh chung giải Nobel vật lý năm 1964) Máy Maser thực năm 1954 Mỹ Liên Xô Tháng 7/1960, máy Laser xuất cơng trình Maimain §§2 SỰ PHÁT XẠ KÍCH ĐỘNG Ta biết phát xạ hạt (nguyên tử, phân tử, ion) nguồn sáng thơng thường q trình xảy cách tự phát, hoàn toàn ngẫu nhiên Khi nhận lượng thích hợp, hạt từ trạng thái bền nhảy lên trạng thái kích thích có mức lượng cao Sau thời gian, hạt rơi trở trạng thái bền phóng thích lượng (đã hấp thụ) dạng ánh sáng, nghĩa phát photon Năm 1917, nghiên cứu trình tương tác ánh sáng vật chất, Einstein cho : Không hạt phát xạ cách ngẫu nhiên mà cịn phát xạ tác động bên Khi ta chiếu vào hệ xạ, hạt mức lượng kích thích E2 rơi trở E1 phát xạ : Đó tượng xạ kích thích động (hay xạ ứng, xạ cưỡng bức) Đây sở hoạt động máy Laser Bây ta xét trường hợp đơn giản : hạt thay đổi hai mức lượng E1 (căn bản) E2 (kích thích) Khi ta kích thích quang tử (photon) có lượng hν = E2 – E1 Thì hạt từ mức E1 nhảy lên mức E2 Giả sử vào thời điểm t, hệ khảo sát có n1 hạt mức E1 n2 hạt mức kích thích E2 Số hạt từ mức E1 nhảy lên mức E2 thời gian từ thời điểm t tới thời điểm t’ = t + dt : - dn1 = Bn1 ζ dt B : hệ số dương, gọi xác xuất hấp thụ ( : mật độ lượng kích thích Số hạt ngẫu nhiên rơi trở mức thời gian là: - dn2 = A n2 dt A : hệ số dương, gọi xác xuất phát xạ tự nhiên Số hạt phát xạ kích động thời gian là: - dn*2 = Bn2 ζ dt B: xác xuất phát xạ kích động, giả thuyết xác xuất hấp thụ Khi hệ đạt tới cân nhiệt động lực học, số hạt mức E2 không thay đổi, số hạt lên mức E2 phải số hạt rơi trở mức - dn1 = - dn2 – dn*2 Hay Bn1 ζ dt = A n2 dt + Bn2 ζ dt Suy Bn1 ζ = (A + B ζ) n2 Vậy ĉ Nghĩa số hạt mức lượng kích thích E2 (cao hơn) mức lượng E1 (thấp hơn) Tóm lại, ta chiếu vào hệ chùm tia sáng kích thích có lượng photon h( thời gian dt làm cho số hạt từ trạng thái E1 nhảy lên trạng thái kích thích E2 (sự hấp thụ), thời gian đó, số hạt từ mức E2 tự phát rơi trở E1, số hạt khác bị đụng với photon kích thích rơi trở E1 (sự phát xạ ngẫu nhiên phát xạ kích động) Nhưng ln ln n2 < n1 Do đó, photon kích thích h( gặp hạt mức E1 nhiều gặp hạt mức E2, nghĩa tượng hấp thụ mạnh tượng phát xạ ánh sáng Vì vậy, điều kiện bình thường, qua môi trường vật chất ánh sáng bị yếu Khi photon h( gặp hạt trạng thái kích thích làm hạt rơi trở mức photon hạt phóng thích h( (năng lượng hạt hấp thụ từ E1 lên E2), photon sinh hồn tồn giống photon kích hv E2 động (về hướng đi, bước sóng, sóng, pha, tính phân cực) hv Như kết kích động từ photon tới hạt, ta hai photon phát xạ hv H E1 §§3 SỰ KHUYẾCH ĐẠI ÁNH SÁNG ĐI QUA MỘT MÔI TRƯỜNG Bây ta thử giả thuyết có trường hợp: Trong mơi trường số hạt trạng thái kích thích lớn số hạt trạng thái : n2 > n1 Trong trường hợp này, photon kích động gặp hạt trạng thái kích thích nhiều trạng thái Khi tượng xạ mạnh tượng hấp thụ kết ngược với trường hợp trên, truyền qua môi trường, ánh sáng mạnh lên Thực vậy, photon kích động gặp hạt trạng thái kích thích gây phát xạ photon thành hai Cứ số photon tăng lên nhanh, Và truyền qua môi trường, ta chùm tia sáng có cường độ mạnh Như vậy, vấn đề là: Muốn có chùm tia sáng cực mạnh cách khuyếch đại lên trên, ta phải làm cách có n2 > n1 Đó “đảo ngược dân số“ Môi trường bị đảo ngược dân số gọi mơi trường hoạt tính Để số hạt có lượng cao nhiều hạt số hạt có lượng thấp, người ta phải cung cấp lượng cho môi trường, phải “bơm” lượng cho Một cách làm nghịch đảo dân số phương pháp “bơm” quang học Kỹ thuật đưa đến giải Nobel vật lý cho nhà bác học Pháp Kastler năm 1966 (cơng trình Kastler thực từ năm 1950) Kastler dùng chùm tia sáng có cường độ mạnh làm bơm để bơm lượng cho mơi trường khiến trở thành hoạt tính Phương pháp bơm quang học thường dùng với chất rắn chất lỏng Với laser khí, người ta thường nghịch đảo dân số cách phóng điện khí §§4 BỘ CỘNG HƯỞNG Với điều kiện n2 > n1, mơi trường cho khả thực khuyếch đại cường độ ánh sáng, muốn có chùm tia Laser có đặc tính định hướng cao độ có mơi trường hoạt tính chưa đủ, mà cịn cần phận gọi cộng hưởng Bộ phận vừa có tác dụng tăng cường cường độ ánh sáng, vừa có tác dụng định hướng chùm tia laser phóng khỏi máy Trong trường hợp đơn giản nhất, phận cộng hưởng gồm hai gương phẳng M1 M2, thiết trí hai đầu máy Các photon có phương di chuyển thẳng góc với hai gương dội đi, dội lại nhiều lần mơi trường hoạt tính Như phận cộng hưởng đóng vai trị bẫy ánh sáng Trong phản chiếu qua lại thế, photon đập vào hạt trạng thái kích thích, làm phóng thích photon khác Các photon lại phản chiếu qua lại M1 M2, đập vào hạt trạng thái kích thích lại làm bật photon nữa, cường độ ánh sáng tăng lên mạnh Các photon khơng di chuyển thẳng góc với hai gương sau hồi di chuyển, chúng bị lọt ngồi máy §§5 THỀM PHÁT XẠ KÍCH ĐỘNG Ta nhận thấy cách cấu tạo máy laser, phần lượng bị phản chiếu hai gương M1, M2 nhiễu xạ làm lệch phương di chuyển photon Do đó, ta thực có tượng khuyếch đại cường độ ánh sáng công suất P sinh phát xạ kích động lớn cơng suất P’ bị Ta có P= dw dn = hν dt dt dn/dt số photon phát phát xạ kích động đơn vị thời gian Vậy dn − dn 2* (− dn ) = − = (n − n1 )B ζ dt dt dt P = (n2 – n1)B ( h( * Mất lượng phản chiếu : Trên thực tế, suất phản xạ ( gương nhỏ Do phần ánh sáng bị phản xạ gương Cường độ ánh sáng đơn vị thời gian phản xạ : −I dt = dt px T1 với T1 = L C (1 − α ) L = chiều dài hai gương M1 M2 C = vận tốc truyền sáng * Mất lượng nhiễu xạ : M1 M2 D L H Một phần ánh sáng bị tượng nhiễu xạ ánh sáng tới gương M1 M2 Cường độ ánh sáng đơn vị thời gian tượng : dI −I = dt nx T2 với Cường độ giảm tổng cộng : ⎛1 dI = − I ⎜⎜ + dt ⎝ T1 T2 Với ⎞ −I ⎟⎟ = ⎠ T 1 = + T T1 T T2 = D2 Cλ Máy tốt T có trị số lớn, lượng tượng nhỏ Từ điều kiện P > P’ hay (n2 – n1) B( h( > P’, ta suy p' n − n1 > Bζhν P' = (trị số dương) ζ T ⇒ n − n1 > Bh ν T P’ tính cơng thức Như muốn có khuyếch đại cường độ ánh sáng, khơng ta phải có điều kiện n2 > n1 mà n2 – n1 phải lớn trị số (dương) xác định Trị số gọi thềm phát xạ kích động Ta có trị số lớn thềm phát xạ kích động thấp Chỉ vào n2 – n1 vượt qua thềm, có ánh sáng laser phát §§6 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA TIA LASER Tính đơn sắc Các photon phát xạ kích động mang lượng h( nên ánh sáng đơn sắc Nếu xét ánh sáng phát ngọc hồng tảo trường hợp laser, bề rộng PP’ vạch 6943Ao hẹp khoảng 10-4 lần so với bề rộng QQ’ vạch trường hợp phát xạ thông thường I IM Tính điều hợp Với nguồn sáng thơng thường, ánh sáng phát hạt ánh sáng không điều hợp H (Ao) nhau, nghĩa liên hệ o) pha chấn động phát hạt Trong λ (A trường hợp nguồn sáng laser, photon phát 6943 đồng pha nên ánh sáng laser chùm ánh sáng điều hợp Chính vậy, chùm tia laser gây tác dụng mạnh (tổng hợp chấn động đồng pha) IM Q P P’ Q’ Tính song song Chùm tia laser phát song song với trục, với góc loe nhỏ Năm 1962, chùm tia laser chiếu lên mặt trăng có góc loe x 10-5 rad §§7 CHẾ TẠO LASER Laser hồng ngọc (Ngọc hồng tảo) M1 M2 H Hồng ngọc (Rubis) tính thể oxid nhơm Al2O3 có lẫn lượng nho ion Cr +++, ion Cr +++ đóng vai trị hạt hoạt tính Loại máy gồm hồng ngọc hình trụ dài vài cm, đường kính vài mm (gần người ta dùng hồng ngọc tới 20cm) để làm đảo ngược dân số Khi máy tụ điện phóng điện vào đèn Xênon, đèn phát xung ánh sáng có cường độ mạnh rọi vào hồng ngọc thời gian ngắn Các xung phát liên tiếp bơm lượng để biến mơi trường thành hoạt tính Các photon đèn phát tới thẳng góc với hồng ngọc Các ion Cr +++ hấp thụ ánh sáng vùng vàng lục đèn chiếu tới, nhảy từ mức lượng E1 lên mức lượng E3 Đời sống mức ngắn nên gần tức thời hạt Cr +++ rơi xuống mức lượng E2 có đời sống dài (( 5.10-3s), hạt mức E2 lớn số hạt mức E1 Khi bị kích thích, ion Cr +++ từ E2 rơi trở mức E1 phát ánh sáng đỏ có độ dài sóng 6.943Ao photon di chuyển song song với trục hồng ngọc, bị dội dội lại hai gương M1 M2 khiến số photon tăng lên nhanh gấp bội, vượt qua thềm phát xạ kích thích, tia laser bắn ngồi E3 E2 6943A H.5 E1 Như ta thấy laser hồng ngọc tảo đỏ hoạt động theo chế độ phát xung Tia laser bắn cách chừng vài phút, tác động lần thời gian ngắn (( 10-6s) phát lượng ( 0,1 joule, nghĩa có cơng suất 105 watt (trong thời gian tiêu thụ tới 1.000J) Người ta chế tạo laser hồng ngọc phát xạ liên tục công suất yếu Laser khí He – Ne Trong hỗn hợp này, Ne chất chính, cịn He đóng vai trị trung gian (chất mơi) Sỡ dĩ phải cần chất mồi suất hấp thụ Ne mức lượng Ne hẹp nên kích thích trực tiếp Ne gặp phải khó khăn phải có ánh sáng kích thích đơn sắc Ống chứa hỗn hợp khí He – Ne có hình trụ dài 1m đường kính 25mm Hai đầu ống hai kính suốt A B nghiêng cho góc tới tia sáng góc tới Brewster (để làm giảm ánh sáng phản chiếu) A B iB M1 H M2 Nguyên tử He bị kích thích nhảy từ mức E1 lên mức E4 chuyển lượng nguyên tử Ne mức He* + Ne Ỉ Ne* + He He* Ne* E4 E4 E3 6328Ao E2 E1 H He Ne E1 Các nguyên tử Ne mức lượng kích thích nhảy xuống mức E3 rơi xuống E2 phát ánh sáng đỏ 6328Ao Số hạt mức E2 nhỏ nên đảo ngược dân số dễ thực phát xạ đòi hỏi thềm lượng tương đối nhỏ trường hợp Laser hồng ngọc Laser He – Ne hoạt động theo hế độ phát xạ liên tục công suất yếu (vài miliwatt) Tia sáng Laser bắn qua lỗ thủng gương M2 Ngày nay, người ta thực phát xạ laser với nhiều môi trường khác : rắn, lỏng hay khí chất bán dẫn §§8 ỨNG DỤNG CỦA LASER - Dùng để tạo mật độ lượng lớn, nhiệt độ cao - Vì tính đơn sắc nên đắc dụng việc áp dụng vào giao thoa kế học - Áp dụng vào ngành vô tuyến điện - Đo khoảng cách định vị trí - Trong y khoa để giải phẩu tế bào - Hướng dẫn mục tiêu - Chụp ảnh toàn ký v.v… §§9 GIỚI THIỆU VỀ QUANG HỌC PHI TUYẾN Quang học khảo sát với nguồn sáng thông thường (không phải nguồn laser) gọi quang học tuyến tính Các nguồn sáng thông thường cho ta chùm xạ với cường độ điện trường tương đối yếu (khoảng 103 V/cm) so với cường độ điện trường bên nguyên tử (từ 107 V/cm đến 109 V/cm) Khi chùm tia xạ truyền qua môi trường tạo véctơ phân cực điệnĠ hàm tuyến tính theo điện trườngĠ xạ truyền qua r r r r P γ ,t = λE γ ,t ( ) ( ) Trong môi trường đẳng hướng, ( vô hướng gọi độ cảm điện mơi tuyến tính mơi trường Trong môi trường dị hướng tự nhiên, ta phải thay biểu thức biểu thức tensơ Với thành phần Pi củaĠ, ta có: r r r Pi γ , t = λ ij E j γ , t ( ) ( ) Trong (ij phân tử tensơ cấp 2, gọi tensơ độ cảm điện mơi tuyến tính Trong quang học tuyến tính, ta thấy tính chất quang học môi trường tùy thuộc vào tần số xạ truyền qua không tùy thuộc vào cường độ điện trường xạ Sau đời xạ laser, với chùm tia laser có cường độ điện trường mạnh (từ 105 V/cm tới 108 V/cm), xấp sỉ với cường độ điện trường bên nguyên tử Người ta thấy tính chất quang học môi trường tùy thuộc vào tần số xạ tương tác mà tùy thuộc cường độ điện trường xạ Đồng thời ghi nhận nhiều hiệu ứng quang học tương tác chùm tới laser với môi trường Từ đó, hình thành ngành quang học mới, gọi quang học phi tuyến tính Danh từ bắt nguồn từ biểu thức phi tuyến tính véctơ phân cực điệnĠ điện trườngĠ Ở ta có biểu thức tổng quát giữaĠ vàĠ r Pi = ∑ λij E E j ( ) j Trong tensơ độ cảm điện mơi ( phụ thuộc vào điện trườngĠ Khai triển (ij (E) theo lũy thừa cường độ điện trường với gần bậc nhất, ta có : (r) λ ij E = λ ij + ∑λ ij Ek k Vậy ta có biểu thức phi tuyến tính giữaĠ vàĠ sau: Pi = ∑ λij E j + ∑ λijk E j E k j jk Trong (ij phân tử tensơ độ cảm điện mơi tuyến tính (ijk phân tử tensơ độ cảm điện môi phi tuyến Pi = t ∑λ ij E j laø thaønh phần véctơ phân cực tuyến tính j Pi pt = ∑ λijk E j E k thành phần véctơ phân cực phi tuyến j ,k Ta có Pi = Pit + Pipt §§10 SƠ LƯỢC VỀ MỘT SỐ HIỆU ỨNG QUANG PHI TUYẾN Sự phát sinh sóng họa tần bậc hai (SHH) Đó tượng chiếu vào mơi trường chùm laser có tần số ( xạ ló khỏi mơi trường, ta thấy xuất thêm xạ có tần số 2( Ta thực phát SHH cách cho chùm tia laser hồng ngọc có cơng suất trung bình (( 10 kw) hội tụ vào mặt tinh thể thạch anh Trong ánh sáng ló, người ta thấy xuất xạ có bước sóng bước sóng laser hồng ngọc SHH này, thí nghiệm có cường độ yếu (≈ miliwat) Cần lưu ý môi trường có khả phát SHH Thí dụ khơng thể tạo phát SHH với môi trường đẳng hướng với tinh thể có tâm đối xứng nghịch đảo Lý thuyết thực nghiệm cho thấy để làm tăng hiệu suất biến đổi từ sóng (laser chiếu tới môi trường) thành SHH, người ta phải cho chùm tia laser (song song hội tụ yếu) qua tinh thể theo phương đặc biệt cho chiết suất sóng SHH Điều kiện gọi điều hợp chiết suất Trong thí nghiệm nhóm Maker Giordmaine thực với tinh thể KDP (KH2PO4) với laser hồng ngọc, người ta thấy phương đặc biệt làm với trục quang học tinh thể góc ( 50o Sự phát sóng họa tần bậc ba (SHB) Hiện tượng phát sóng họa tần bậc ba thực với calcit nhóm nghiên cứu Terhune, sóng phát sinh có tần số gấp ba lần tần số xạ laser Sự tổ hợp tần số Đây coi hiệu ứng biến đổi tổng quát tần số xạ tương tác với mơi trường Các thí nghiệm tổ hợp tần số thực tinh thể TGS (Triglycine Sulphate) nhiệt độ N2 lỏng với hai chùm tia laser có hiệu số bước sóng (( = 8Ao, người ta ghi nhận được, SHH, xạ tổng tần ((1 + (2) Người ta thực thí nghiệm ghi nhận phát sinh xạ hiệu tần (ν1 - ν2) Các thí nghiệm thực lần năm 1962 Sự hội tụ chùm tia sáng Khi chiếu chùm tia laser song song qua môi trường, thí dụ CS2, chùm tia laser làm cho mơi trường trở thành khơng đồng tính; chiết suất mơi trường tăng dần từ vào trung tâm chùm tia, khiến chùm tia laser bị hội tụ lại Năng lượng chùm tia thay bị tiêu tán trường hợp thơng thường, tập trung lại kênh ánh sáng có thiết diện hẹp H Sự biến giới hạn đỏ hiệu ứng quang điện Với chùm tia laser có cường độ đạt tới giá trị đủ mạnh, hiệu ứng quang điện xảy với tần số thấp tần số ngưỡng TÀI LIỆU THAM KHẢO Optique, G Bruhat, Masson Paris, 1959 Cours de Physique, Devore & Annequin, VuiBert Paris, 1965, Optics, Francis Weston Sears, Addison – Wesley Publishing London, 1964 Company, INC Fundamental University Physics, Alonso – Finn, Addison – Wesley Publishing, Company, INC LonDon, 1970 Giao thoa, Nguyễn Chung Tu, Trung tâm Học liệu Bộ Giáo dục (Sài gòn), 1969 Nhiễu xạ, Nguyễn Chung Tu, Trung tâm Học liệu Bộ Giáo dục (Sài gòn), 1969 Phân cực, Nguyễn Chung Tu, Trung tâm Học liệu Bộ Giáo dục (Sài gòn), 1969 Phổ học, Nguyễn Chung Tu, Trung tâm Học liệu Bộ Giáo dục (Sài gòn), 1969 Luminescence, G Monod – Herzen, Dunod Paris 1966 10 Holography And Its Application, Yu I Ostrovsky, Mir Pulishers Moscow, 1977 11 Bases Physiques De’ Electronique, L Tarassov, Quantique - Mir Moscow, 1979 “GIÁO TRÌNH QUANG HỌC” khoa Vật Lý, trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh, đăng ký phát hành nội năm 2001 Ban Ấn phát hành nội ĐHSP đánh máy chụp 300 khổ 14 x 20,5, xong ngày 10 tháng 01 năm 2002 ... ωt-ϕ1 o ωt-? ?2 α=ϕ /2 H2 H1 x M2 M2 (a) o x (b) H. 62 mà có hiệu số pha φ = 2? ?δ/λ = 2? ? (n2 – n1)1 / λ Cũng góc quay mà chấn động tròn nhanh pha Ĩ) chấn động trịn chậm pha Ĩ) ló khỏi mơi trường quang. .. J) Các mơi trường có trục quang học gọi môi trường đơn trục, có hai trục quang học gọi mơi trường lưỡng trục Ta đề cập tới môi trường dị hướng đơn trục - Mặt phẳng hợp trục quang học tia thường... phần không kết hợp, cường độ (E2t1 = E2t2) chấn động ứng với tia IJ gồm hai thành phần khơng kết hợp có cường độ khác (E2k1 ( E2k2) Các thành phần chấn động ló IR có cường độ khác E’2k1 ( E’2k2