(SKKN HAY NHẤT) chuyên đề giao thoa và tán sắc ánh sáng

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ GIAO THOA VÀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG I Lý thuyết chung sóng ánh sáng Quan điểm Maxwell sóng ánh sáng: - Ánh sáng q trình truyền sóng điện từ có bước sóng chân khơng từ 0,38 μm đến 0,76 μm E ln vng góc - Trong q trình truyền sóng ánh sáng, véc tơ cường độ điện trường ⃗ với vec tơ cảm ứng từ ⃗B vng góc với phương truyền sóng (⃗ V ¿¿ - Biểu tính chất sóng ánh sáng tán sắc, giao thoa, nhiễu xạ… Phương trình sóng: Nguồn S phát ánh sáng có cường độ điện trường có phương trình: ( E=E cos π t +ϕ T ) , Tại điểm M cách nguồn đoạn d, cường độ điện trường ánh sáng có phương trình: E M =E0 cos ( 2π T d (t− )+ ϕ v ) = E0 cos ( 2Tπ t− 2Tπ ndc +ϕ ) c n Trong v vận tốc truyền sáng môi trường chiết suất n, v= , với c = 3.108 m/s vận tốc truyền sáng chân không Gọi λ 0=c T bước sóng chân khơng, thay vào ta có phương trình sóng M là: EM= E0 cos ( π π nd t− +ϕ T λ0 ) Đặt L = nd gọi quang trình tia sáng đoạn d Vì quang trình hai điểm A,B cách d môi trường chiết suất n đoạn đường ánh sáng truyền chân không khoảng thời gian t Vậy phương trình sóng M viết lại là: EM= E0 cos ( π πL t− +ϕ T λ0 ) Sự biến đổi pha ánh sáng phản xạ, ánh sáng truyền qua so với ánh sáng tới mặt phân cách hai môi trường suốt đồng tính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Gi s ta khảo sát chùm sáng song song đơn sắc Phải nói là, thực tế không tồn chùm sáng nh Đây lý tởng hoá: đà thay chùm sáng thực, phân kì yếu với độ không đơn sắc nhỏ chùm sáng phẳng đơn sắc (Tiêu chuẩn để khẳng định đắn việc thay mức độ trùng hợp tính toán thực nghiệm) Nh vậy, xem chùm sáng lý tởng nh sóng phẳng đơn sắc truyền, chẳng hạn nh, theo phơng trục z Giả sử vectơ cờng độ điện trờng E thuộc sóng có phơng nằm trục x, phụ thuộc hình chiếu E x vào toạ độ z thời gian t có dạng: ( E x ( z, t )=E x cos π vt− z E x0 biên độ điện trờng; sóng ánh sáng ) , v tần số bớc Trớc hết ta hÃy xác định xem mặt phẳng có pha không đổi, tức có nghĩa mặt sóng, có dạng nh Điều kiện không đổi pha thời điểm t tuỳ ý đợc viết dới dạng: π vt− 2π z= A , λ (∗) víi A số Vì v , t có giá trị cố định nên quỹ tích điểm có pha không đổi đợc mô tả phơng trình: z= vt− λA =const 2π Do vËy, mỈt sãng cđa sóng phẳng truyền dọc theo trục mặt phẳng vuông góc với trục Nếu sau khoảng thời t mặt sóng dịch chuyển đợc khoảng z từ phơng trình (*) ta suy ra: πvΔt− 2π Δz=0 λ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều có nghĩa vận tốc dịch chuyển mặt sóng, tức vận tèc pha, b»ng: V ph= Δz =vλ Δt VËn tèc pha cđa sãng lu«n lu«n cã híng vu«ng gãc víi mỈt sãng * Xét chùm sáng song song đơn sắc truyền từ mơi trường có chiết suất n sang mơi trường có chiết suất n2 Gọi cường độ điện trường sóng tới, sóng phản xạ sóng truyền qua là: E1, E1' E2 Theo chứng minh ta có vecto cường độ điện trường ln vng góc với phương truyền sóng, chúng phương với E1 phương chiều với ⃗ E2 ngược với vecto ⃗ E1 ' nhau.Vecto ⃗ Gọi R, T hệ số phản xạ hệ số truyền qua Ta có R + T = Lại có: E1' = R.E1 E2 = T.E1 Suy ra: E1 ' E2 + =1 ↔ E'1+ E2=E1 → E2= E1−E1 ' E1 E1 (1) - Theo ĐLBT lượng: Năng lượng sóng tới = lượng sóng truyền qua + lượng sóng phản xạ Nên ta có: n1 E 21=n1 E '12 +n E22 Thay (1) vào (2), ta có: (2) E1 n2 = (1+ ) E2 n1 ' - Lại có: Thay (3) vào (1) ta có: E1= E1 (n2 −n1) n2 +n1 (3) (4) * Nhận xét: + Thấy tỉ số (3) lớn 0, nên E E2 ln pha Có nghĩa sóng tới sóng truyền qua ln pha với + Từ biểu thức (4) thấy: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nếu n2 >n E1cùng dấu với E1 ' Có nghĩa ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang mơi trường chiết quang sóng tới sóng phản xạ pha Nếu n2