giao thao anh sang

The brilliant colors seen in peacock feathers are not caused by pigments in the feathers. If they are not produced by pigments, how are these beauful colors created? CHƯƠNG 9. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG. GIAO THOA VÀ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 9.1. Cơ sở của quang học sóng 9.2. Hiện tượng giao thoa của hai sóng ánh sáng kết hợp 9.3. Giao thoa ánh sáng gây bởi các bản mỏng 9.4. Nhiễu xạ ánh sáng. Nguyên lý Huyghen – Fresnel 9.5. Nhiễu xạ gây bởi sóng cầu qua lỗ tròn 9.6. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng qua khe hẹp. Cách tử nhiễu xạ Bộ môn Khoa hoc Cơ bản, Khoa Công nghệ Thông tin 9.1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG 9.1.1. Hàm sóng của ánh sáng Xét ánh sáng phẳng đơn sắc truyền theo phương y với vận tốc v trong môi trường có chiết suất n. Giả sử tại O phương trình của dao động sáng là: x(O) = Acosωt → phương trình dao động sóng tại M cách O một đoạn là d: ( ) L x(M) Acos t Acos t c 2 L 2 L Acos t Acos t T c ω τ ω π π ω ω λ   = − = −  ÷       = − = −  ÷  ÷     τ là thời gian truyền từ O→M L = c.τ là quang lộ trên đoạn OM λ = c.T là bước sóng ánh sáng ϕ = - 2πL/λ là pha ban đầu Nếu ánh sáng truyền theo chiều ngược lại: 2 L 2 L x a cos (t ) a cos( t ) a cos( t ) c.T π π = ω + τ = ω + = ω + λ 9.1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG 9.1.2. Cường độ sáng Cường độ sáng tại một điểm là một đại lượng có trị số bằng năng lượng truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng trong một đơn vị thời gian (I ~ a 2 ). 9.1.3. Nguyên lý chồng chất ánh sáng Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì từng sóng riêng biệt không bị các sóng khác làm nhiễu loạn. Sau khi gặp nhau, các sóng vẫn truyền đi như cũ, còn lại các điểm gặp nhau, dao động sáng bằng tổng các dao động sáng thành phần. 9.1.4. Nguyên lý Huyghen Bất kì một điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó. 9.2. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 9.2.1. Hiện tượng giao thoa ánh sáng Giao thoa ánh sáng là sự chồng chất của 2 hay nhiều sóng ánh sáng khi truyền đi trong không gian. Kết quả là tạo ra trong không gian những miền sáng tốt một cách tuần hoàn đều đặn. Các miền sáng (do dao động sáng mạnh) và các miền tối (do dao động sáng yếu) gọi là những vân giao thoa. Điều kiện để có hiện tượng giao thoa: Các ánh sáng chồng chất phải là các sóng ánh sáng kết hợp (ánh sáng kết hợp là sóng ánh sáng có cùng phương dao động, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian). a S 1 S 2 G 2 G 1 S r O D I O’ α 9.2. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 1P 01 1 1 01 2 02 2P 02 2 2 E E cos t - L E E cos t E E cos t 2 E E cos t - L  π   = ω  ÷  = ω λ     ⇒   = ω π     = ω  ÷  λ    9.2.2. Khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng gây bởi khe Young ( ) 1 2 1 2 2 L L ∆ϕ = ϕ − ϕ π = − λ Xác định điều kiện và vị trí vân sáng, vân tối của hệ trong trường hợp hệ đặt trong chân không và trong môi trường có chiết suất n? 9.2. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 9.2.2. Khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng gây bởi khe Young - Nếu ∆ϕ = 2kπ → ∆L = L 1 – L 2 = kλ (k = 0, ±1, ±2,…) → tại P là vân sáng. - Nếu ∆ϕ = (2k + 1)π → ∆L = L 1 – L 2 = (2k + 1)λ/2 → tại P là vân tối. 1 2 1 2 2 L L L r r S H y d sin dtg d D ∆ = − = − =   →  = θ ≈ θ =   Tại P là vân sáng: Tại P là vân tối: s y D L d k y k D d λ ∆ = = λ → = ( ) ( ) t D L 2k 1 y 2k 1 2 2d λ λ ∆ = + → = + Khoảng vân i: D i d λ = 9.2. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 9.2.3. Hiện tượng giao thoa do phản xạ (TN gương Lloyd) Theo lý thuyết: - Nếu ∆L = L 1 – L 2 = kλ → P là vân sáng. - Nếu ∆L = L 1 – L 2 = (2k + 1)λ/2 → P là vân tối. Thực nghiệm: - ∆L = L 1 – L 2 = kλ → P là vân tối. - ∆L = L 1 – L 2 = (2k + 1)λ/2 → P là vân sáng. Hiệu pha dao động không phải là mà phải là: ( ) 1 2 2 L L π ∆ϕ = − λ ( ) 1 2 2 L L π ∆ϕ = − + π λ → Pha dđ của tia SOP (sau khi phản xạ trên gương) thay đổi 1 lượng π → quang lộ thay đổi một lượng là: ' 1 1 L L 2 λ = + Kết luận: Khi phản xạ trên môi trường chiết quang hơn môi trường ánh sáng tới, pha dao động của ánh sáng thay đổi 1 lượng π , tương đương với việc coi tia phản xạ dài thêm 1 đoạn λ /2. 9.3. GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG [...]... Mỗi vân ứng với một giá trị xác định của i → được các vân giao thoa khác nhau Các vân giao thoa này là các đường tròn đồng tâm và được gọi là vân cùng độ nghiêng Ứng dụng của hiện tượng giao thoa: - Sự phản xạ các mặt kính - Kiểm tra các mặt kính phẳng hoặc lồi - Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí (giao thoa kế Rayleigh) - Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson) 9.4 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG NGUYÊN LÝ HUYGHEN... dày + Những điểm có d sao cho L1 – L2 = kλ sẽ ứng với vị trí vân sáng + Những điểm có d sao cho L1 – L2 = (2k+1)λ/2 sẽ ứng với vị trí vân tối GIAO THOA GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG Thin film of soapy water Seashell A thin layer of oil on the Water of a street puddle 9.3 GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG 9.3.1 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân cùng độ dày b Vân của nêm không khí O I L G2 Σ1 Σ1 C’ M d C... tối (d = const) → các vân tối là các đt song song với cạnh nêm L1 − L 2 = 2d + λ / 2 = kλ → d = ( 2k + 1) λ / 4 → điểm đó là điểm sáng (d = const) → các vân sáng là các đt song song với cạnh nêm 9.3 GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG 9.3.1 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân cùng độ dày c Vân tròn Newton Những điểm (vòng tròn) ứng với bề dày của lớp không khí d sẽ có hiệu quang lộ giữa các tia... →d=k Nếu: ∆L = ( 2k + 1) 2 2 sẽ tạo ra các vân sáng sẽ tạo ra các vân tối Bán kính của các vân tối: ρ k = Rλ k Kết luận: Bán kính của vân tối tỉ lệ với căn bậc hai của các số nguyên dương liên tiếp 9.3 GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG 9.3.2 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân cùng độ nghiêng Mỗi tia của chùm khi đập lên bản sẽ bị tách làm 2 phần: + Một phần phản xạ ngay trên mặt trên M F + Một phần...9.3 GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG 9.3.1 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân cùng độ dày a Vân cùng độ dày Hiệu quang lộ giữa 2 tia: L1 − L 2 = OB + n ( BC + CM ) − ( OM + λ / 2 ) Ta có: BR = BM.sini1=2d.tagi2.sini1... nguồn thực gây ra tại vị trí của nguồn thứ cấp 9.4 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG NGUYÊN LÝ HUYGHEN - FRESNEL 9.4.3 Biểu thức dao động sáng tại M (áp dụng nguyên lý H – F) Tại nguồn O: x = acosωt Lấy mặt kín S bao quanh O, dS là diện tích nhỏ trên mặt kín r1, r2 là khoảng cách từ dS đến O và từ O đến M Dao động sáng tại dS có dạng:  r  dx ( dS ) = a ( dS ) cosω  t − 1 ÷  v dS r1 S O θ0 N θ r2 N’ M a(dS) là biên... r1r2 A ( θ, θ0 )  r1 + r2  x = ∫ dx ( M ) = Ñ ∫ r1r2 cosω  t − v ÷dS   9.5 NHIỄU XẠ GÂY BỞI SÓNG CẦU QUA LỖ TRÒN 9.5.1 Đới cầu Fresnel ∑k Xét nguồn O và điểm M được chiếu sáng Dựng mặt cầu S bao quanh O có bán kính R < OM O B Đặt MB = b Lấy M làm tâm vẽ các mặt cầu Σ0, Σ1, Σ2, …, Σk,… có bán kính lần lượt là b, b + λ/2, b + ∑k - 1 2λ/2, …, b + kλ/2, … (λ là bước sóng phát ra từ M) Các mặt cầu Σ0,... λ λ sin ϕ = ± , ± 3 , ± 5 , →Có cực đại nhiễu xạ 2b 2b 2b Vị trí điểm sáng tối không phụ thuộc vào vị trí khe Nếu dịch chuyển khe song song với chính nó thì hình ảnh nhiễu xạ không đổi Tổng hợp của giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng 9.6 NHIỄU XẠ GÂY BỞI CÁC SÓNG PHẲNG QUA KHE HẸP CÁCH TỬ NHIỄU XẠ 9.5.3 Nhiễu xạ qua nhiễu khe hẹp Cách tử nhiễu xạ Φ b ϕ Xét hệ gồm N khe hẹp giống nhau nằm song song với... sắc song song (gồm các tia kết hợp) Gọi bề rộng khe là b, khoảng cách giữa 2 khe liên tiếp là d Vì các khe có thể coi là các nguồn kết hợp → ngoài hiện tượng nhiễu xạ gây ra bởi 1 khe còn có hiện tượng giao thoa gây bởi các khe → ảnh nhiễu xạ trở nên phức tạp Tại những điểm trên màn ϕ thỏa mãn điều kiện: λ sin ϕ = k (k = ±1, ± 2, ) b → Cho cực tiểu nhiễu xạ (gọi là các cực tiểu chính) d O ϕ M F 9.6 NHIỄU . QUANG HỌC SÓNG. GIAO THOA VÀ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 9.1. Cơ sở của quang học sóng 9.2. Hiện tượng giao thoa của hai sóng ánh sáng kết hợp 9.3. Giao thoa ánh sáng. sáng về phía trước nó. 9.2. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 9.2.1. Hiện tượng giao thoa ánh sáng Giao thoa ánh sáng là sự chồng chất của