Nghiên cứu ứng dụng của sự phân cực ánh sáng

Có một số tác giả cũng viết về vấn đề này như: Nguyễn Thị Hảo, [3] hay Nguyễn Ngọc Vân Tâm, [7], ...Nhưng họ cũng chỉ tập trung nhiều vào làm rõ sự phân cực ánh sáng về mặt lý thuyết hay

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Ánh sáng được coi là người bạn thân thiết, gần gũi của con người trong mọi hoạt động hàng ngày Đôi khi sự tồn tại của chúng đối với con người như là một điều hiển nhiên và tự nhiên Con người đã không ngừng tìm hiểu về nguồn gốc của ánh sáng Vậy ánh sáng từ đâu sinh ra? Bản chất của ánh sáng là như thế nào? vô vàn câu hỏi và những thắc mắc mà con người đã đặt ra cho ánh sáng Đến thế kỷ XX con người mới thực sự có được cái nhìn đúng đắn hơn về ánh sáng Có rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về nhiều khía cạnh của ánh sáng như: Huyghens - cha đẻ của lý thuyết sóng ánh sáng; Newton - ánh sáng là hạt,

… Những hiện tượng liên quán đến ánh sáng bao gồm: Khúc xạ, phản xạ, giao thoa, nhiễu xạ,…và đặc biệt là sự phân cực ánh sáng

Sự phân cực ánh sáng được rất nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu

vì nó mang lại nhiều ứng dụng hiệu quả đối với thực tiễn cuộc sống của con người và khoa học công nghệ Những nghiên cứu lý thuyết về hiện tượng này có thể nói gần như là hoàn thiện và có thể tìm thấy ở bất kỳ một giáo trình Quang học nào Con người đã biết thế nào là ánh sáng phân cực, cách tạo ra ánh sáng phân cực, ánh sáng phân cực elip, phân cực tròn, các dụng cụ phân cực ánh sáng Tuy nhiên những tài liệu viết về những ứng dụng của nó còn khá khiêm tốn nhất là những ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học công nghệ và thực tiễn

Có một số tác giả cũng viết về vấn đề này như: Nguyễn Thị Hảo, [3] hay Nguyễn Ngọc Vân Tâm, [7], Nhưng họ cũng chỉ tập trung nhiều vào làm rõ sự phân cực ánh sáng về mặt lý thuyết hay chỉ nêu ra các ứng dụng một số ứng dụng của sự phân cực ánh sáng (kính phân cực, màn hình tinh thể lỏng LCD,…)

mà không đi sâu vào tìm hiểu cấu tạo cũng như nguyên lý để tạo ra các sản phẩm đó

2 Tính cấp thiết của đề tài

Sự phân cực ánh sáng là một nội dung quan trọng khi nghiên cứu về ánh sáng Trong các giáo trình quang học, sự phân cực ánh sáng được dành ra hẳn một chương để bàn luận về các vấn đề thế nào là ánh sáng phân cực, cách nhận biết đâu là ánh sáng phân cực, cách tạo ra ánh sáng phân cực, sự giao thoa của ánh sáng phân cực, sự quay mặt phẳng phân cực,… Trên thực tế sự phân cực ánh sáng có rất nhiều ứng dụng mà con người cũng đã được biết đến nhưng những tài liệu mang tính hệ thống viết về những ứng dụng này chưa nhiều

Đối với sinh viên sư phạm Vật lí nói chung và sinh viên sư phạm Vật lí ở trường Đại học Hùng Vương nói riêng, trong quá trình học tập việc gắn những kiến thức lí thuyết với ứng dụng thực tế của những kiến thức đó là một yêu cầu quan trọng Nó giúp nhóm đề tài cũng như các bạn sinh viên ghi nhớ kiến thức tốt hơn, tạo hứng thú, yêu thích môn học hơn, khi nghiên cứu về sự phân cực ánh sáng cũng vậy Những thông tin chi tiết hơn nữa về ứng dụng của hiện tượng này trong đời sống và kĩ thuật sẽ giúp chúng ta thấy được ý nghĩa to lớn của hiện tượng và hiểu về hiện tượng một cách sâu sắc hơn

Từ những lí do trên, với mong muốn hiểu sâu và rõ hơn những ứng dụng của hiện tượng quang học trong thực tế, tập hợp được một tài liệu nhằm giới thiệu được cho người đọc những thông tin chi tiết hơn về những ứng dụng của

hiện tượng phân cực ánh sáng, nhóm đề tài lựa chọn "Nghiên cứu ứng dụng của sự phân cực ánh sáng" làm đề tài nghiên cứu.

Trên cơ sở nghiên cứu về ứng dụng của sự phân cực ánh sáng đề tài của chúng tôi muốn đóng góp:

+ Về mặt lý luận: Cho thấy ý nghĩa của hiện tượng vật lý này trong đời sống, khoa học và kĩ thuật thông qua những ứng dụng cụ thể

+ Về mặt thực tiễn: Cung cấp một tài liệu tốt cho sinh viên sư phạm nói riêng trong quá trình học tập môn Quang học, với người học được hiểu rõ hơn

về những ứng dụng trong những lĩnh vực công nghệ xung quanh mình (kính lọc phân cực, công nghệ trình chiếu phim 3D…)

3 Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài

3.1 Mục tiêu của đề tài

Hệ thống được những ứng dụng của hiện tượng phân cực ánh sáng trong đời sống và trong khoa học công nghệ và phân tích, giải thích được nguyên tắc cấu tạo cũng như nguyên tắc hoạt động của các ứng dụng này

3.2 Nhiệm vụ của đề tài

+ Tìm hiểu những lý thuyết về sự phân cực ánh sáng;

+ Tìm hiểu những ứng dụng của sự phân cực ánh sáng trong đời sống, kĩ thuật, khoa học và công nghệ;

+ Phân phân tích, giải thích được nguyên tắc cấu tạo cũng như nguyên tắc hoạt động của các ứng dụng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sự phân cực ánh sáng

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ tập trung vào việc tìm hiểu những ứng dụng của sự phân cực ánh sáng trong đời sống và khoa học công nghệ

5 Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 1: Tập trung tìm hiểu những vấn đề tổng quan về sự phân cực

ánh sáng như: Thế nào là sự phân cực ánh sáng? Cách tạo ra ánh sáng phân cực, ánh sáng phân cực elip, phân cực tròn, giao thoa của ánh sáng phân cực,…

- Nội dung 2: Tìm hiểu về những ứng dụng của sự phân cực ánh sáng

trong đời sống (như: kính râm phân cực, màn hình chống chói trên điện thoại di động,…) và trong khoa học công nghệ (như Kính hiển vi phân cực, màn hình tinh thể lỏng,…)

Trên cơ sở nội dung nghiên cứu chúng tôi dự kiến cấu trúc của đề tài gồm những phần như sau:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

1.1 Ánh sáng tự nhiên, ánh sáng phân cực

1.2 Sự phân cực ánh sáng

1.3 Ánh sáng phân cực elip và phân cực tròn

1.4 Sự giao thoa ánh sáng phân cực

1.5 Sự quay mặt phẳng phân cực

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

2.1 Ứng dụng của sự phân cực ánh sáng trong khoa học

2.2 Ứng dụng của sự phân cực ánh sáng trong đời sống

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích, nghiên cứu các giáo trình,

tài liệu Quang học để có kiến thức lý thuyết tổng hợp về sự phân cực ánh sáng

Phân tích những tài liệu liên quan tới ứng dụng sự phân cực ánh sáng để chọn lọc, sắp xếp thành những mục quan tâm

- Phương pháp chuyên gia: Chúng tôi sẽ tiến hành gặp gỡ trao đổi, tham

khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn và giáo viên bộ môn Vật lý về những vấn đề liên quan tới đề tài nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

1.1 Ánh sáng tự nhiên, ánh sáng phân cực

Do tính chất chuyển động hỗn loạn của chuyển động bên trong các nguyên tử nên đoàn sóng do một nguyên tử phát ra có thể dao động theo các phương khác nhau xung quanh tia sóng

Căn cứ vào phương dao động của vector cường độ điện trường xung quanh tia sóng người ta phân ra thành ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực

nhiên (hình 1.1) người ta vẽ trong

mặt phẳng vuông góc với tia sáng

các vector cường độ điện trường có trị số bằng nhau phân bố đều đặn xung quanh tia sáng

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

1.1.2 Ánh sáng phân cực

Khi ánh sáng tự nhiên đi qua một môi trường bất đẳng hướng về mặt quang học do tác dụng của môi trường lên ánh sáng đó có thể làm cho các vector chỉ còn dao động theo một phương xác định gọi là ánh sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực hoàn toàn

Hình 1.1 Biểu diễn ánh sáng tự nhiên

Hình 1.2 Biểu diễn ánh sáng phân cực thẳng

Ánh sáng có vector cường độ điện trường dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng nhưng có phương dao động ưu tiên hơn được gọi là ánh sáng phân cực một phần

Biểu diễn ánh sáng phân cực một phần (hình 1.3)

Hình 1.3.Biểu diễn ánh sáng phân cực một phần

Khi ta quay bản T1 quanh phương truyền của tia sáng, cường độ của chùm tia ló không thay đổi Đặt tiếp một bản tuamalin T2 giống hệt bản T1 phía sau bản T1, sao cho tia I'S' tới vuông góc với mặt bản T2 (hình 1.4b) Khi giữ nguyên bản T1 và quay bản T2 xung quanh phương truyền ánh sáng, thì cường độ sáng sau T2 sẽ thay đổi một cách hoàn toàn

Để khảo sát sự phân cực của tia phản xạ và khúc xạ, ta đặt bản tuamalin T1 trên đường của tia phản xạ và bản T2 trên đường truyền của tia khúc xạ

(hình1.5) Khi ta quay bản T1 xung quanh tia phản xạ theo chiều mũi tên người

Thay đổi từ từ độ nghiêng của chùm tia tới tấm thủy tinh từ 0 tới 900 ta sẽ tìm được một vị trí ở đó tia phản xạ IR bị bản T1 làm tắt hoàn toàn, khi đó tia IR

là tia phân cực thẳng, tức là tia phân cực hoàn toàn Kết quả thực nghiệm cho thấy độ phân cực phụ thuộc vào góc tới của ánh sáng với lượng phân cực tăng được quan sát thấy khi góc tới giảm

Tia phản xạ sẽ là ánh sáng phân cực thẳng khi góc tới i thỏa mãn định luật Brewster :

tgiB = n21 (1.3)trong đó : n21 là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1, còn iB gọi là góc Brewster

Tia khúc xạ luôn luôn chỉ là tia phân cực một phần, nó có cường độ cực đại khi trục quang học của bản T2 song song với mặt phẳng tới Khi i = iB tia khúc xạ bị phân cực mạnh nhất và vuông góc với tia phản xạ

Hình 1.5 Phân cực do phản xạ và khúc xạ dưới góc tới Brewster

1.2.2 Hiện tượng tán xạ

Tán xạ ánh sáng là hiện tượng khi một chùm tia sáng truyền qua một môi trường trong suốt, ta không những nhìn thấy ánh sáng theo phương truyền của chùm tia, mà còn nhìn thấy ánh sáng theo các phương khác nữa

Ta xét một số trường hợp tán xạ của ánh sáng mà sự không đồng nhất của môi trường do những nguyên nhân khác nhau gây nên:

* Tán xạ trong môi trường vẩn đục (tán xạ Tyndall)

Môi trường vẩn đục là môi trường trong suốt, chứa những hạt nhỏ lơ lửng, như khói là không khí có mang các hạt rắn nhỏ, sương mù là không khí mang những hạt nước nhỏ

Tyndall và Rayleigh đã thiết lập 3 định luật dựa trên hiện tượng tán xạ Tyndall như sau:

trong đó b là một hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào nồng độ và đặc biệt là kích thước của hạt

2 Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì ánh sáng tán xạ theo phương làm với phương truyền thẳng một góc bất kỳ bị phân cực một phần và theo

phương vuông góc với phương truyền thẳng( ) thì bị phân cực hoàn toàn

3 Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì cường độ của ánh sáng tán xạ theo phương tạo với phương truyền thẳng góc được xác định:

trong đó là cường độ ánh sáng tán xạ theo phương

1.2.3 Sự phân cực do tính lưỡng chiết (khúc xạ kép)

Tinh thể là một môi trường dị hướng, nghĩa là môi trường trong đó một số đặc trưng vật lý (vận tốc, chiết suất, ) phụ thuộc vào phương truyền sóng ánh sáng và mặt phẳng phân cực của nó

Lưỡng chiết tự nhiên là hiện tượng khi một tia sáng qua tinh thể bị tách thành hai tia

Hình 1.6 Sự khúc xạ kép trong tinh thể canxit

Để khảo sát hiện tượng lưỡng chiết người ta làm thí nghiệm với tinh thể

đá băng lan- đó là một loại canxi cacbonat, kết tinh có dạng hình hộp xiên

Thí nghiệm cho thấy trong tinh thể đá băng lan có một phương đặc biệt, khi truyền theo phương này ánh sáng không bị tách thành hai, phương đặc biệt

đó được gọi là quang trục của tinh thể (AA') và mọi đường thẳng song song với AA' đều là quang trục của tinh thể

Hình 1.7.Tinh thể nhỏ của băng lan

Chiếu một tia sáng tự nhiên vuông góc với mặt ABCD của tinh thể, khi vào tinh thể tia sáng này bị tách thành hai, chúng là hai tia phân cực thẳng, phân cực trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau và có cường độ như nhau Một tia truyền thẳng tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng thông thường nên gọi là tia thường, kí hiệu bằng chữ o, tia thứ hai đi lệch khỏi phương truyền ban đầu (không tuân theo định luật khúc xạ) gọi là tia bất thường, kí hiệu bằng chữ e Ra khỏi tinh thể hai tia này song song với nhau và song song với tia tới

Mặt phẳng chứa quang trục và tia thường gọi là mặt phẳng chính của tinh thể đối với tia thường

Hình 1.8 Sự truyền ánh sáng qua tinh thể băng lan

1.2.4 Dụng cụ phân cực ánh sáng

Để biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực phẳng, người ta thường dùng những lăng kính phân cực dựa vào tính lưỡng chiết của tinh thể và các bản phân cực dựa vào tính lưỡng sắc, tức là tia thường và tia bất thường không giống nhau

Lăng kính phân cực thường là một tổ hợp lăng kính bằng tinh thể, được chia làm hai loại :

+ Lăng kính chỉ cho một tia phân cực phẳng

+ Lăng kính cho hai tia phân cực phẳng phân cực trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau

Lăng kính phân cực và các bản phân cực ánh sáng là những dụng cụ phân cực

a Lăng kính Nicol

Lăng kính nicol là một trong những loại kính phân cực phổ biến nhất, nó được cắt ra từ khối đá băng lan lớn thành dạng một hình hộp lệch ABCDA'B'C'D' có cạnh AB= AD, AC'= 3AB

Trục quang học nằm trong mặt phẳng ACA'C' và đó là mặt phẳng chính của tinh thể Người ta cưa tinh thể này ra làm hai phần bằng nhau theo mặt AFA'F' (F, F' là trung điểm của B'D và BD') rồi dán trở lại với nhau bằng lớp nhựa Canada Nhựa này trong suốt và đẳng hướng quang học, có chiết suất n= 1.55, có giá trị nằm giữa no và ne (hình 1.9)

Hình 1.9.Lăng kính nicol

Người ta đặc trưng cho lăng kính Nicol bằng mặt phẳng chính ACA'C' Trục quang học AA' làm với AC một góc 480.

Chiếu tia sáng tự nhiên SI song song với cạnh AC', khi đi vào trong lăng kính thì tia sáng tách thành tia thường và tia bất thường Do chiết suất của tia thường là no = 1.658 > n nên khi tia thường đập vào lớp nhựa Canada với góc tới bằng hoặc lớn hơn góc giới hạn 69026' thì nó bị phản xạ toàn phần và được hấp thụ bởi lớp sơn đen ở đáy nicol

Tia bất thường đi qua lớp nhựa và ra khỏi nicol theo phương song song với AC' và bị dịch chuyển ngang một ít so với tia tới (hình 1.10)

Hình 1.10.Lăng kính nicol

Để khử điều đó người ta làm lăng kính phân cực bằng đá băng lan có các mặt ABCD và A'B'C'D' vuông góc với các cạnh AC' và A'C và trục quang học OO' song song với AB (hình 1.11)

Hình 1.11 Tia sáng truyền qua nicol

Khẩu độ lớn nhất của chùm tia tới mà lăng kính Nicol còn cho ánh sáng phân cực phẳng là 290 Lăng kính Nicol không dùng được cho ti tử ngoại vì nhựa Canada hấp thụ tia tử ngoại

b Lăng kính lưỡng chiết cho hai chùm tia

*Lăng kính lưỡng chiết gồm lăng kính thủy tinh và lăng kính đá băng lan (hình1.12)

Trục quang học vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, với no= 1.66, ne =1.486

và ntt = 1.49 Tia sáng tự nhiên đi từ thủy tinh qua mặt ghép vào đá băng lan bị tách thành hai Vì chiết suất của thủy tinh rất gần với chiết suất của đá băng lan đối với tia bất thường nên tia bất thường hầu như không bị lệch khi đi qua mặt ghép Còn tia thường bị khúc xạ hai lần tại mặt giới hạn của đá băng lan và bị lệch nhiều khi ra khỏi lăng kính Như vậy các lăng kính phân cực ghép loại này cho phép tạo ra hai tia phân cực thẳng tách xa nhau và phân cực trong hai mặt phẳng vuông góc nhau

Hình 1.12

* Lăng kính lưỡng chiết gồm hai mẫu đá băng lan có phương của trục quang học khác nhau, dán vào nhau Do phương của trục quang học ở hai lăng kính khác nhau nên hai chùm tia phân cực thẳng ra khỏi lăng kính tách xa nhau hơn Đối với các lăng kính này khẩu độ cho phép của chùm tia tới rất bé

Hình 1.13

1.2.5 Các bản phân cực dùng tính lưỡng sắc

a Bản Tuamalin

Tuamalin là bản tinh thể lưỡng chiết có hai mặt song song, tính lưỡng sắc rất mạnh đối với tia sáng thấy được Cụ thể là tia thường bị hấp thụ mạnh hơn tia bất thường rất nhiều Vì vậy khi hai tia ra khỏi bản tuamalin có cường độ rất khác nhau và ánh sáng ra khỏi bản là ánh sáng phân cực một phần Nhưng nếu với bản tuamalin dày chừng 1 mm thì thực tế tia thường bị hấp thụ hoàn toàn và ánh sáng ra khỏi bản là ánh sáng phân cực phẳng

Hệ số hấp thụ của bản Tuamalin đối với tia bất thường phụ thuộc vào tần

số ánh sáng Vì vậy, khi rọi vào bản tuamalin bằng ánh sáng trắng, thì ánh sáng truyền qua có màu lục vàng Ðây là nhược điểm lớn nhất của bản tuamalin khi dùng nó làm dụng cụ phân cực, nhưng mặt khác khẩu độ cho phép của chùm tia tới lại rất lớn, điều này cũng rất quan trọng

b Polaroid

Tính lưỡng sắc còn thể hiện mạnh hơn ở các tinh thể Herapati Với độ dày chừng 0.1mm chúng hấp thụ hoàn toàn tia thường Kích thước của tinh thể Herapatit rất bé, vì vậy Muốn có kính phân cực với diện tích lớn ngưới ta dùng bản xenluloit trên đó có phủ một lớp những tinh thể herapatit định hướng giống nhau Bản như thế được gọi là bản Polaroid Ngày nay, ngoài tinh thể Herapatit người ta còn dùng một số hợp chất khác để làm Polaroid

Các bản lưỡng sắc thường kém trong suốt hơn so với lăng kính đá băng lan Hơn nữa lại có tính hấp thụ chọn lọc nghĩa là hệ số hấp thụ phụ thuộc vào tần số làm cho ánh sáng tím và ánh sáng đỏ ra khỏi bản chỉ là ánh sáng phân cực một phần Mặc dù có những nhược điểm nói trên, trong thực tế bản polaroid vẫn được sử dụng rộng rãi vì nó là loại máy phân cực rẻ tiền có khẩu độ lớn và diện tích lớn

1.3 Ánh sáng phân cực elip và phân cực tròn

Ánh sáng trong đó tại mỗi điểm trên phương truyền của tia, phương của vector cường độ điện trường thay đổi và mút của nó vạch thành một đường elip

gọi là ánh sáng phân cực elip Trường hợp đặc biệt elip biến thành đường tròn ta

có ánh sáng phân cực tròn

1.3.1 Cách tạo ra ánh sáng phân cực elip và phân cực tròn

Chùm tia sáng tự nhiên và đơn sắc hẹp SI đi qua nicol N, qua đó ta có tia phân cực thẳng JI Cho tia JI đập vuông góc với bản tinh thể K, có trục quang học song song với mặt phân cách AB và có chiều dày d

Hình 1.14.Sơ đồ cách tạo ra ánh sáng phân cực elip và phân cực tròn

Giả sử mặt phẳng dao động của tia tới làm với mặt phẳng chính của tinh thể một góc α, khi đập vào tinh thể vector sẽ phân làm hai thành phần ứng với

Tại một điểm M trên mặt sau của bản, hiệu quang trình của hai tia là :

∆ = Lo - Le = ( no - ne )d (1.7)

Vậy dao động của các sóng thường và bất thường ở mặt trước của bản tinh thể

Ngay sau khi ra khỏi bản K hai tia truyền đi với cùng một vận tốc và vector cường độ điện trường của dao động sóng tổng hợp là :

Để tìm quỹ đạo của đầu mút vector của dao động tổng hợp ta khử t trong các phương trình (1.9) kết quả thu được :

với k = 0,1,2 được gọi là bản phần tư bước sóng

Hình 1.15 Minh họa vector trong ánh sáng phân cực elip

Khi đó elip biến thành đường tròn và ta có ánh sáng phân cực tròn.

Hình 1.16.Minh họa vector trong ánh sáng phân cực tròn

b Bản nửa bước sóng

được gọi là bản nửa sóng và hiệu số pha giữa hai tia bằng:

Bản có độ dày d sao cho hiệu quang trình của hai tia khi ra khỏi bản thỏa mãn

được gọi là bản bước sóng

nghĩa là elip biến thành đường thẳng MM (hình 1.17) Do đó bản bước sóng cho ánh sáng phân cực phẳng truyền qua mà không làm thay đổi phương dao động của nó

1.4 Sự giao thoa ánh sáng phân cực

Thí nghiệm: Giữa hai nicol N1 và N2 ta đặt một bản tinh thể đơn trục K được cắt song song với trục quang học OO' Một chùm tia song song của ánh sáng tự nhiên, được chiếu vào nicol N1 Ánh sáng phân cực phẳng từ N1 đập vuông góc vào bản K Do hiện tượng lưỡng chiết trong bản K xuất hiện tia thường và tia bất thường, truyền cùng phương với tia tới và với vận tốc khác nhau Chúng là những sóng kết hợp có vector dao động vuông góc với nhau Nicol N2 chỉ cho những thành phần dao động nào song song với mặt phẳng chính của nó đi qua mà thôi Vì vậy các vector điện trong sóng thường và sóng bất thường ra khỏi N2 thực hiện dao động cùng phương Chúng lại là những dao động kết hợp nên sẽ giao thoa với nhau Nếu đặt mắt sau N2 nhìn đón ánh sáng hay chiếu lên màn ta sẽ trông thấy vân giao thoa Nếu bản K có độ dày thay đổi

và quan sát với ánh sáng đơn sắc ta sẽ trông thấy một hệ gồm những vân sáng và tối xen kẽ nhau Nếu quan sát với ánh sáng trắng ta sẽ trông thấy những dải màu khác nhau

Hình 1.18 Thí nghiệm về sự giao thoa ánh sáng phân cực

1.5 Sự quay mặt phẳng phân cực

- Bố trí thí nghiệm gồm: 2 nicol bắt chéo N1 và N2, giữa hai nicol ta đặt kính lọc sắc F (để tạo ánh sáng đơn sắc) và bản tinh thể thạch anh hai mặt song song K, có trục quang học vuông góc với mặt bản và trùng với phương của chùm tia sáng

- Tiến hành: Nếu chiếu một chùm tia sáng tự nhiên vào hệ hai nicol bắt chéo N1 và N2 thì không có tia ló qua nicol N2 Sau khi đặt bản thạch anh vào giữa 2 nicol, quan sát thấy xuất hiện tia ló sau N2 Quay nicol N2 một góc nào đó tia ló lại biến mất Điều đó chứng tỏ rằng ánh sáng ra khỏi bản tinh thể K không phải là phân cực elip, mà là phân cực thẳng

Hình 1.19 Thí nghiệm về sự quay ánh sáng phân cực

- Kết quả: Mặt phẳng phân cực của ánh sáng đã quay đi một góc nào đó bằng góc quay nicol N2 Ta nói bản thạch anh đã làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng tới nó và gọi đó là hiện tượng quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng

* Góc quay của mặt phẳng phân cực trong tinh thể đơn trục được xác định

Trong đó: d là độ dày của bản;

được gọi là năng suất quay cực của tinh thể (độ/mm) - là hệ số phụ thuộc vào bản chất của bản tinh thể, vào bước sóng và nhiệt độ

* Không chỉ tinh thể mà dung dịch cũng có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực Góc quay của mặt phẳng phân cực trong các dung dịch được xác định:

(1.21)Trong đó: là năng suất quay cực riêng của dung dịch, là hệ số tỉ lệ không phụ thuộc vào nồng độ và đặc trưng cho bản chất của dung dịch quang hoạt;

C là tỉ số giữa khối lượng chất quang hoạt và thể tích dung dịch

Người ta có thể ứng dụng hiện tượng quay của mặt phẳng phân cực để xác định nồng độ C trong một dụng cụ gọi là đường kế, dụng cụ này cho phép xác định tỷ lệ phần trăm của đường nguyên chất có trong đường được sản xuất ra

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

Phân cực là hiện tượng xảy ra khá phổ biến và có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống hàng ngày và trong nghiên cứu khoa học Ví dụ đơn giản nhất đó là những chiếc kính râm, màn hình chống chói điện thoại, kính hiển vi hay những bộ phim 3D, Đó là những thứ rất gần gũi với chúng ta và nguyên

lý hoạt động của chúng một phần dựa trên ứng dụng của hiện tượng phân cực ánh sáng

2.1 Ứng dụng của sự phân cực ánh sáng trong khoa học

Ước vọng nhìn thấy những vật nhỏ li ti mà mắt thường không nhìn thấy được đã có từ lâu Với niềm đam mê đó con người đã không ngừng tìm kiếm các phương pháp tiếp cận quan sát thế giới vi mô, thành công rực rỡ đầu tiên của họ

đó là sự ra đời của kính hiển vi quang học Bằng cách ghép hai thấu kính lại với nhau kính hiển vi đã tạo nên bước đột phá lớn, vi khuẩn đã được nhìn thấy Con người đã từng bước khám phá sự kỳ diệu của thế giới vi mô Không dừng lại ở

đó, trước sự giới hạn của kính hiển vi, con người vẫn tiếp tục tìm kiếm những phương pháp khác tinh vi hơn nữa để thấy rõ thế giới vi mô giúp chúng ta thỏa mãn ước vọng nhìn thấy được những viên gạch nhỏ bé thế giới tự nhiên Trong quá trình đó họ đã đạt được những thành tựu rực rỡ

2.1.1 Kính hiển vi

Kính hiển là vi một thiết bị dùng để quan sát các vật thể có kích thước nhỏ

bé mà mắt thường không thể quan sát được bằng cách tạo ra các hình ảnh phóng đại của vật thể đó Hình ảnh hiển vi của vật thể được phóng đại thông qua

1 hoặc nhiều thấu kính, hình ảnh này nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục của thấu kính Khả năng quan sát của thấu kính hiển vi được quyết định bởi độ phân giải