phan cuc anh sang

Tóm lược lịch sử  Năm 1669, nhà toán học, vật lý học người Đan Mạch Erasmus Bartholinus nghiên cứu hiện tượng trên, thực hiện các thí nghiệm và cho xuất bản một tập khảo cứu dày 60 tran

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực

1

BÀI BÁO CÁO CHƯƠNG V

SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

SV : Nguyễn Hữu Cường

SV : Thái Thị Thủy Tiên

Bộ môn sư phạm vật lý - ĐHCT

Tóm lược lịch sử

 Hiện tượng phân cực đã bắt đầu được chú ý và nghiên cứu từ năm 1669, sau đó liên tục thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học.

 Các thủy thủ sau chuyến đi đến Iceland, khi quay về

Copenhagen đã đem theo các tinh thể trong suốt và xinh đẹp,

có những đặc tính lý thú: hình ảnh của một vật khi được nhìn qua những tinh thể này sẽ được nhân đôi.

Tóm lược lịch sử

 Năm 1669, nhà toán học, vật

lý học người Đan Mạch Erasmus Bartholinus nghiên cứu hiện tượng trên, thực hiện các thí nghiệm và cho xuất bản một tập khảo cứu dày

60 trang mô tả đầy đủ về hiện tượng nhân đôi hình ảnh của một vật khi nhìn vật qua tinh thể

 Đây là tài liệu khoa học đầu tiên về vấn đề phân cực ánh sáng

Lịch sử nghiên cứu hiện tượng phân cực của ánh sáng

Lịch sử nghiên cứu hiện tượng phân cực của ánh sáng

+ ASPC một phần : Có E giống ASTN nhưng

có phương dao động mạnh, có phương lại dao động yếu

mp dao động – mp phân cực

Mặt phẳng P chứa và tia sáng gọi là mặt phẳng dao động

Mặt phẳng Q chứa tia sáng và vuông góc với mp dao động gọi là mặt phẳng phân cực

Quan sát hiện tượng:

+ Quay T1 quanh tia sáng thì cường độ AS ra khỏi T1không đổi

+ Khi giữ nguyên T1, quay T2 quanh tia sáng thì cường

độ AS ra khỏi T2 thay đổi tuần hoàn theo góc α giữa

O1O1’ & O2O2’ – là 2 quang trục của T1 & T2

+ Khi O1O1’ // O2O2’ thì cường độ AS cực đại

+ Khi O1O1’ vuông góc O2O2’ thì cường độ AS bằng 0

Tạo ánh sáng phân cực thẳng

Giải thích hiện tượng

GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG

Giải thích:

 ASTN qua T1 trở thành AS phân cực thẳng, // O1O1’ Ta

có AS tới T2 là AS phân cực thẳng

 Do O1O1’ // O2O2’ nên // O2O2’ : AS này được truyền

qua T2 hoàn toàn, ta có cường độ AS cực đại

 Khi đặt T2 vuông góc T1 thì cũng vuông góc T1 : AS này

bị giữ lại hoàn toàn, ta có cường độ AS cực tiểu

 Khi O1O1’ tạo với O2O2’ góc α bất kỳ thì chỉ có thành phần của // O2O2’ mới truyền qua được T2, ta có cường độ AS

ở khoảng giữa max và min

E E

E

E

Do O2O2’ tạo với O1O1’ một góc α nên thành phần

có biên độ dao động E’ 2 = E 1sinα vuông góc O2O2’ bị giữ lại, còn

thành phần E’’ 2 = E 1cosα song song O2O2’ mới truyền qua được T2 và E’’ 2 chính là biên độ của vectơ cường

độ điện trường sau bản T2

Định luật Maluýt

Phát biểu định luật:

“ Khi cho một chùm ánh sáng tự nhiên qua hai bản

Tuamalin có quang trục hợp với nhau một góc α thì cường độ sáng nhận được tỉ lệ với cos 2 α ”.

Công thức toán học của định luật Maluýt:

2

2 1 cos

Sự phân cực do phản xạ & khúc xạ

- Chiếu một chùm ASTN, song song, đơn sắc lên mặt phân cách giữa 2 môi trường với góc tới θ

- Sử dụng bản Tuamalin

T1 khảo sát AS phản xạ cho thấy nó là AS phân cực một

phần, và mức độ phân cực

của nó phụ thuộc góc tới θ

+ Đặc biệt, khi θ = θB thì tia phản xạ là AS phân cực toàn

phần θB gọi là góc Briuxtơ với:

Sự phân cực do phản xạ & khúc xạ

+ Dùng bản Tuamalin T2khảo sát tương tự với tia khúc

xạ người ta thấy rằng tia khúc

xạ luôn luôn chỉ là tia phân

cực một phần.

Nó có cường độ cực đại khi quang trục của bản T2 song song mp tới

- Đối với nước (chiết suất 1,333), thủy tinh (chiết suất 1,515) và kim cương (chiết suất 2,417), góc tới hạn (Brewster) tương ứng là 53, 57 và 67,5 độ

- Khi θ = θB thì tia khúc xạ bị phân cực mạnh nhất và

vuông góc với tia phản xạ

Sự phân cực do phản xạ & khúc xạ

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

tinh thể như thạch anh,

đá băng lan, Tia sáng

đó sẽ bị tách thành 2 tia

1 Hiện tượng lưỡng chiết

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

- Để nghiên cứu hiện tượng lưỡng chiết, người ta xét tinh thể đá băng lan

Tinh thể đá băng lan: Iceland

spar, calcite spath Hợp chất: CaCO3

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

- Thực nghiệm cho thấy tia sáng sau khi qua tinh thể bị

tách thành hai tia: tia thường & tia bất thường, cả hai

đều là AS phân cực toàn phần.

+ Tia thường & tia bất thường đều là AS phân cực

toàn phần.

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

 Thay đổi góc tới θ, đo các góc khúc xạ ro, re của tia thường & tia bất thường, ta có:

+ Với tia thường:

+ Với tia bất thường:

sinsin r e n e const

θ = ≠

0 0

sinsin r n const

θ = =

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

Từ 2 biểu thức trên cho thấy: vận tốc của tia thường không

thay đổi theo phương, còn vận tốc của tia bất thường thì thay đổi theo phương.

 Tinh thể dương: ve < v0 hay ne > n0

 Tinh thể âm: ve > v0 hay ne < n0

 Tinh thể đơn trục: tinh thể chỉ có một quang trục

VD: thạch anh, đá băng lan,…

 Tinh thể lưỡng trục: tinh thể có hai quang trục theo 2

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

2 Mặt sóng trong tinh thể đơn trục:

+ Tia thường có bề mặt sóng là hình cầu.

+ Tia bất thường có bề mặt sóng là hình ellipsoid tròn xoay

có trục quay song song với quang trục của tinh thể

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

3 Cách xác định tia thường & tia bất thường:

- AD nguyên lý Huyghen vẽ các mặt sóng thực ứng với tia thường & tia bất thường tại cùng một thời điểm

- Phương truyền của tia thường chính là đường nối điểm nguồn thứ cấp với tiếp điểm giữa mặt sóng thứ cấp & mặt sóng thực ứng với tia o

- Phương truyền của tia bất thường chính là đường nối điểm nguồn thứ cấp với tiếp điểm giữa mặt sóng thứ cấp

& mặt sóng thực ứng với tia e

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

 Trường hợp 1: quang trục nghiêng một góc so với mặt tinh thể

Mặt sóng o Mặt sóng e

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

 Trường hợp 2: chùm sáng & quang trục đều vuông góc với mặt AB của tinh thể

Tia o ≡ Tia e

Mặt sóng o Mặt sóng e

Sự phân cực AS do lưỡng chiết

 Trường hợp 3: chùm sáng vuông góc với mặt tinh thể còn quang trục song song với mặt đó

Quang trục

Mặt sóng o Mặt sóng e

Tia o

Tia sáng tự nhiên

Các loại kính phân cực

 Định nghĩa:

+ Kính phân cực là dụng cụ biến ASTN thành AS phân cực

 Kính phân cực ( trong chương trình ) gồm:

1 Bản thủy tinh hấp thụ không đều

3 Lăng kính ghép đá băng lan & thủy tinh

2 Lăng kính Nicôn

4 Lăng kính ghép từ hai lăng kính đá băng lan

AS phân cực Elip & phân cực tròn

1 Định nghĩa:

- AS có mút vectơ chuyển động trên 1 elíp (hay đường tròn) được gọi là AS phân cực elíp (hay phân cực tròn)

2 Cách tạo ra AS phân cực elíp hay phân cực tròn:

- Xét 1 bản tinh thể bề dày d & quang trục như hình bên

E

AS phân cực Elip & phân cực tròn

α

o y

Ánh sáng phân cực elíp

x’

x

α

M X’

X Quang trục

- Tia sáng chiếu vào tinh thể có vectơ CĐĐT hợp với quang trục góc α, khi vào bản tia sáng bị tách thành tia thường & tia bất thường

E E

Eo

EeE

AS phân cực Elip & phân cực tròn

+ Tại điểm M sau bản, hiệu quang trình của 2 tia là:

Lo – Le = (no – ne)d

+ Dao động sáng của 2 tia có hiệu số pha là:

Với λ là bước sóng AS trong chân không

+ Dao động sáng tổng hợp sau bản có vectơ CĐĐT là:

AS phân cực Elip & phân cực tròn

+ Do & vuông góc nhau nên ta có dao động tổng hợp

sẽ có dạng elip, nghĩa là mút chuyển động trên 1 elip có pt:

 x,y: độ dời dao động của &

 a1, a2: biên độ tương ứng của chúng.

a1=Acosαt ; a2=Asinαt  A: biên độ của vectơ trước khi vào bản.

AS phân cực Elip & phân cực tròn

Xét các trường hợp đặc biệt:

 Trường hợp bản một phần tư bước sóng

 Trường hợp bản nửa bước sóng

 Trường hợp bản một bước sóng

ÁS phân cực trên động vật

 Ánh sáng phân cực gần như vô hình trước mắt người nhưng đối với một số loài bướm thì không như vậy!

 Bướm Heliconius cái ở trung và Nam Mỹ có khả năng làm phân cực ánh sáng.

 Ánh sáng bị phân cực phát

ra từ loài bướm này có khả năng hấp dẫn “bạn tình”_những con bướm H.c đực.

Bướm Heliconius cydno

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực

38Ứng dụng

 Hiện tượng phân cực hiện diện rộng khắp trong tự nhiên: cầu vồng, ánh sáng phản xạ trên mặt hồ, trên mặt đường,

 Được các sinh vật sử dụng: bạch tuộc,

ong,

 Được con người sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày: kính mát, màn hình tinh thể lỏng, kính hiển vi phân cực,

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực

39Môi trường dị hướng - Tinh thể

 Môi trường dị hướng: môi trường có tính chất thay đổi theo phương VD: tính đàn hồi, biến dạng trượt, độ

 Phần lớn tinh thể có tính dị hướng.

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

40Vài cấu trúc tinh thể

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực

41Tinh thể thạch anh

 Tinh thể thạch anh: Quartz

 Hợp chất: SiO2

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

42Tinh thể đá băng lan

 Tinh thể đá băng lan:

Iceland spar, calcite

spath

 Hợp chất: CaCO3

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực

43Hiện tượng lưỡng chiết

 Hiện tượng lưỡng chiết:

double refraction,

birefringence

 Nguyên nhân: do tương

tác giữa sóng điện từ và

môi trường dị hướng

Một tia sáng truyền qua

tinh thể thì trở thành hai

tia phân biệt

 Kết quả: có hai ảnh của

cùng một vật

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

44Một số hình ảnh

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

45

Hình ảnh (tt)

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực

46

Bề mặt sóng trong môi trường dị hướng

 Khi ánh sáng truyền trong môi trường dị hướng, chúng

sẽ truyền với các vận tốc khác nhau theo các phương khác nhau

 Quang trục: những phương đặc biệt trong tinh thể mà ánh sáng khi truyền theo phương này thì giống như khi truyền trong môi trường đẳng hướng

 Tia thường có bề mặt sóng là hình cầu

 Tia bất thường có bề mặt sóng là hình ellipsoid tròn

xoay, trục đối xứng tròn xoay là trục quang học

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

47Công thức của ellipsoid tròn xoay

 Hình cầu trong hệ toạ độ Oxyz có dạng:

 Ellipsoid tròn xoay trong hệ Oxyz có dạng:

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

48Hình ảnh của các bề mặt sóng

 Tia thường: sóng cầu

 Tia bất thường: ellipsoid tròn xoay

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

49

Bề mặt sóng trong tinh thể dương

 Trong tinh thể dương:

(thạch anh, )

no< ne

nên vo > ve

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực

50

Bề mặt sóng trong tinh thể âm

 Trong tinh thể âm: (đá

băng lan, )

no> ne nên vo < ve

Maple 8 Worksheet

File

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

51Một vài ví dụ

Vẽ bề mặt sóng của tia thường và tia bất thường trong tinh thể đá băng lan.

ωo

ωe

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

52Một vài ví dụ

Vẽ bề mặt sóng của tia thường và tia bất thường trong tinh thể đá băng lan.

ωo

ωe

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

53Củng cố

Khi nhìn một vật qua tinh thể dị hướng, tuỳ theo góc độ ta sẽ thấy hai ảnh của vật

Vậy ta có thể xoay tinh thể để chỉ nhìn thấy một ảnh của vật hay không?

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

cực

54Củng cố

Khi ánh sáng phản xạ trên một bề mặt điện môi như thủy tinh, mặt nước, mặt đường, tuyết, Ánh sáng sẽ

bị phân cực theo hướng (song song, vuông góc) với bề mặt phản xạ?

Cặp kính mát nào phù hợp để nhìn thấy rõ các vật trong các ánh sáng phản xạ ấy? (Trục phân cực được biểu diễn bằng các đường sọc)

Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân

Một số dụng cụ phân cực ánh sáng