giáo trình quang học

PDF Page Organizer - Foxit Software Chương I QUANG HÌNH HỌC SS1 NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC Chúng ta sử dụng khái niệm tia sáng để tìm qui luật lan truyền ánh sáng qua mơi trường, tia sáng biểu thị đường truyền lượng ánh sáng I/- NGUN LÝ FERMA Ta biết rằng, theo ngun lí truyền thẳng ánh sáng mơi trường đồng tính quang học (chiết suất mơi trường điểm) ánh sáng truyền theo đường thẳng, nghĩa khoảng cách ngắn hai điểm cho trước Khi truyền từ mơi trường sang mơi trường khác (có chiết suất khác nhau), ánh sáng bị phản xạ khúc xạ mặt phân cách hai mơi trường, nghĩa tia sáng bị gãy khúc Vậy trường hợp chung, hai điểm cho trước ánh sáng truyền theo đường ngắn khơng? Ta khảo sát thí nghiệm sau: O M3 M1 M2 F2 (∆) F1 HÌNH Xét gương êlipơit tròn xoay M1 có mặt mặt phản xạ Tại tiêu điểm F1 gương, ta đặt nguồn sáng điểm Theo tính chất êlipxơit, tia sáng phát suất từ F1, sau phản xạ mặt gương, qua tiêu điểm F2, đồng thời đường tia sáng hai tiêu điểm Trên hình vẽ ta xét hai đường F1OF2 F1O’F2 Bây giả sử ta có thêm hai gương M2 M3 tiếp xúc với gương êlipxơit O Đường ( pháp tuyến chung gương O (hình 1) Thực tế cho biết F1OF2 đường truyền có thực ánh sáng gương Ta rút nhận xét sau: - So với tất đường từ F1 đến gương M2 đến F2 đường truyền thực F1OF2 ánh sáng đường dài (mọi đường khác ngắn đường tương ứng phản xạ êlipxơit) - Đối với gương M3, đường thực F1OF2 đường ngắn (mọi đường khác dài đường tương ứng phản xạ êlipxơit) - Đối với gương êlipxơit M1, có vơ số đường truyền thực ánh sáng từ F1 tới M1 tới F2 Các đường truyền Vậy đường truyền thực ánh sáng từ điểm tới điểm khác cực trị Ta phát biểu cách tổng qt khái niệm quang lộ: ánh sáng từ điểm A tới điểm B mơi trường có chiết suất n, quang lộ định nghĩa : PDF Page Organizer - Foxit Software λ = n AB Ngun lý FERMA phát biểu sau : “Quang lộ từ điểm tới điểm khác phải cực trị” Ta phát biểu ngun lí dựa vào thời gian truyền ánh sáng Thời gian ánh sáng truyền quang lộ nds dt = nds/c , c = vận tốc ánh sáng chân khơng Thời gian truyền từ A tới B : B t = 1c ∫ nds A B Quang lộ ∫ nds cực trị Vậy thời gian truyền ánh sáng từ điểm tới A điểm khác cực trị Ta thấy điều kiện quang lộ cực trị khơng phụ thuộc chiều truyền ánh sáng Vì đường truyền thực ánh sáng từ A đến B phải đường truyền thực từ B đến A tính chất chung ánh sáng, gọi tính truyền trở lại ngược chiều Từ định lý FERMA, ta suy định luật khác đường truyền ánh sáng ĐỊNH LUẬT TRUYỀN THẲNG ÁNH SÁNG “Trong mơi trường đồng tính, ánh sáng truyền theo đuờng thẳng” Thực vậy, mơi trường đồng tính, suất n điểm Quang lộ cực trị có nghĩa qng đường (hình học) cực trị Mặt khác, hình học ta biết: đường thẳng đường ngắn nối liền hai điểm cho trước Ta tìm lại định luật truyền thẳng ánh sáng ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG Xét mặt phản xạ (P) hai điểm A, B cho trước Về mặt hình học, ta có vơ số đường từ A, phản xạ (P) tới B Trong vơ số đường hình học đó, ta cần xác định đường đường ánh sáng Theo ngun lý FERMA, đường có quang lộ cực trị Trước hết, ta chứng tỏ đường phải mặt phẳng (Q) chứa A, B thẳng góc với mặt phản xạ (P) Thật vậy, tia sáng tới mặt (P) điểm I1 khơng nằm mặt phẳng (Q) ta ln ln từ I1 kẻ đường thẳng góc với giao tuyến MN (P) (Q), có AIB < AI1B PDF Page Organizer - Foxit Software Vậy điểm tới hai tia sáng phải nằm mặt phẳng (Q), nghĩa quang lộ phải nằm (Q), tức phải nằm mặt phẳng tới A B i M i' N J I B’ Q HÌNH Tiếp theo, ta cần xác định điểm tới I MN Đó giao điểm AB’ với MN (B’ điểm đối xứng với B qua mặt (P)) Thực vậy, với điểm J khác MN, ta ln có: AIB < AJB Từ hình 3, ta dễ dàng suy : góc tới i = góc phản xạ i’ Vậy tóm lại, từ ngun lý FERMA, ta tìm lại định luật phản xạ ánh sáng: “Tia phản xạ nằm mặt phẳng tới Tia phản xạ tia tới hai bên đường pháp tuyến Góc phản xạ góc tới” ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG A i1 h1 M (n2) (n1) (∆) I N x i2 h2 p HÌNH Xét mặt phẳng (P) ngăn cách hai mơi trường có chiết suất tuyệt đối n1 n2 Hai điểm A B nằm hai bên mặt phẳng (P) Ta xác định đường truyền tia sáng từ A tới B Chứng minh tương tự trường hợp phản xạ, ta thấy tia sáng hai mơi trường phải nằm mặt phẳng Đó mặt phẳng Q chứa A, B vng góc với mặt phẳng P (mặt phẳng Q mặt phẳng tới) Trong mặt phẳng Q, ta xác định đường truyền thực tia sáng Trên hình 4, MN giao tuyến hai mặt phẳng P Q Giả sử (AIB) quang lộ thực Ta biểu diễn quang lộ (AIB) theo biến số x (x xác định vị trí I MN) PDF Page Organizer - Foxit Software (AIB) = λ = n1AI + n2IB λ = n1 h12 + x2 + n2 h2 + ( p − x) ( quang lộ thực vậy, theo ngun lý FERMA, ta phải có: ( p − x) dl = n x − n2 =0 2 dx h1 + x h2 + ( p − x) hay n1 sin i1 – n2 sin i2 = hay sin i1 n = = n 2.1(hằng số) sin i2 n1 Vậy ta tìm định luật khúc xạ ánh sáng “Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới Tia tới tia khúc xạ hai bên đường pháp tuyến Tỉ số sin góc tới sin góc khúc xạ số hai mơi trường cho trước” Nhắc lại : n2.1 = chiết suất tỉ số đối mơi trường thứ hai với mơi trường thứ Chiết suất tuyệt đối mơi trường chiết suất tỉ đối mơi trường chân khơng • TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT: Sự phản xạ tồn phần Khi chiết suất mơi trường thứ hai nhỏ mơi trường thứ nhất, thí dụ : ánh sáng truyền từ thủy tinh ngồi khơng khí, ta có : n2.1 < Suy góc khúc xạ i2 lớn góc i1 Vậy i2 đạt đến trị số lớn π/2 i1 có trị số xác định sin λ = n2.1 λ gọi góc tới giới hạn Nếu góc tới lớn góc giới hạn toàn lượng ánh sáng bị phản xạ trở lại mơi trường thứ (khơng có tia khúc xạ) Đó phản xạ tồn phần Trên đây, ta thấy, định luật quang hình học chứng minh từ ngun lý FERMA Ta tìm lại định luật từ ngun lý Huyghens (*) Ngun lý Huyghens ngun lý chung cho q trình sóng Điều trực tiếp chứng minh chất sóng ánh sáng Tuy nhiên, phần quang hình, ta nhằm xác định đường truyền ánh sáng qua mơi trường chưa để ý tới chất ánh sáng Các hàng ngàn năm, định luật quang học tìm cách riêng biệt, độc lập với nhau, phương pháp thực nghiệm Tiến thêm bước, từ quan sát thực tế, người ta thừa nhận ngun lý chung Rồi từ ngun lý chung, suy định luật Đó phương pháp tiên đề để xây dựng mơn khoa học PDF Page Organizer - Foxit Software KHÚC XẠ THIÊN VĂN n0 n1 n2 x HÌNH Chúng ta quan sát tượng khúc xạ qua mơi trường lớp Mơi trường có chiết suất thay đổi theo phương x Giả sử mơi trường gồm nhiều lớp có chiết suất biến thiên đặn n0 < n1 < n2 < n3 … Các mặt ngăn chia lớp thẳng góc với trục x (hình 5) Vẽ tia sáng truyền qua lớp, ta đường gãy khúc Nếu chiết suất biến thiên cách liên tục, đường gãy khúc trở thành đường cong A’ S’ A S M T.D HÌNH Lớp khí bao quanh trái đất có mật độ giảm dần theo chiều cao, chiết suất giảm dần theo chiều cao mơi trườnglớp Xét tia sáng từ ngơi A tới lớp khí tia sáng bị cong hình vẽ Người quan sát M có cảm giác ánh sáng đến từ phương A’S’, tiếp tuyến tia sáng thực M khúc xạ thiên văn Góc lệch phương thực AS phương biểu A’S’ gọi độ khúc xạ thiên văn PDF Page Organizer - Foxit Software SS2 GƯƠNG PHẲNG VÀ GƯƠNG CẦU Ta áp dụng định luật qung học cho mơi trường cụ thể, hệ quang học thường gặp Mục đích để nghiên cứu quy luật tạo ảnh hệ quang học VẬT VÀ ẢNH Xét chùm tia sáng, phát suất từ điểm P, sau qua quang hệ, chùm sáng hội tụ điểm P’ Ta gọi P vật, P’ ảnh quang hệ Các mặt Σ, Σ’trên hình vẽ biểu diễn mặt khúc xạ đầu cuối quang hệ P’ P” P P Σ Σ Σ’ Σ’ (b) (a) HÌNH Ta thấy: ảnh điểm đồng qui chùm tia ló Ta có hai trường hợp : ảnh thực ảnh ảo Nếu chùm tia ló hội tụ, ta có ảnh P’ thực (P’ nằm phía sau Σ’ tính theo chiều truyền ánh sáng tới) Trong trường hợp này, ta có tập trung lượng ánh sáng thực điểm P (hình 7a) Nếu chùm tia ló phân kì, ta có ảnh P” ảo (P” nằm phía trước Σ’) Ta có hai trường hợp : vật thực vật ảo Nếu chùm tia tới quang hệ chùm phân kì, ta có vật thực (P phía trước Σ) (hình 7a) Nếu chùm tia tới chùm hội tụ, ta có vật ảo P (điểm đồng qui tia tới kéo dài) Trong trường hợp này, P phía sau mặt Σ (hình 8) P’ P Σ Σ’ HÌNH Ta phân biệt dễ dàng tính chất thực hay ảo vật ảnh cách phân biệt khơng gian ảnh thực khơng gian vật thực: khơng gian ảnh thực nằm phía sau mặt khúc xạ (’, khơng gian vật thực nằm phía trước mặt khúc xạ ) PDF Page Organizer - Foxit Software Không giang vật thưc Σ Σ’ Không giang ảnh HÌNH Nếu vật nằm ngồi khơng gian thực vật ảo, tương tự với ảnh ảo Ta cần lưu ý điểm vật quang hệ đồng thời ảnh quang hệ khác Vậy nói vật hay ảnh, thực hay ảo phải gắn liền với quang hệ xác định GƯƠNG PHẲNG Một phần mặt phẳng phản xạ ánh sáng tốt gọi gương phẳng Thí dụ: mặt thủy tinh mạ bạc, mặt thống thủy ngân… Giả sử ta có điểm vật P đặt trước gương phẳng G ảnh P’ P cho gương theo thực nghiệm, đối xứng với P qua gương phẳng Ta dễ dàng chứng minh điều từ định luật phản xạ ánh sáng Ngồi ra, vật thực ảnh ảo, ngược lại Trường hợp vật khơng phải điểm ta có ảnh vật tập hợp ảnh điểm vật Ảnh vật đối xứng với qua mặt phẳng gương, chúng khơng thể chồng khít lên (như bàn tay trái bàn tay phải) trừ vật có tính đối xứng đặc biệt P’ P G HÌNH 10 Vật ảnh có tính chất đổi chỗ cho Nghĩa ta hội tụ chùm tia sáng tới gương G (có đường kéo dài tia đồng qui P’) chùm tia phản xạ hội tụ P (Tính chất truyền trở lại ngược chiều) Hai điểm P P’ gọi hai điểm liên hợp Đối với gương phản xạ, khơng gian vật thực khơng gian ảnh thực trùng nằm trước mặt phản xạ PDF Page Organizer - Foxit Software GƯƠNG CẦU a- Định nghĩa: Một phần mặt cầu phản xạ ánh sáng gọi gương cầu R r O C O r HÌNH 11 O đỉnh C tâm đường OC trục gương cầu Các đường khác qua tâm C gọi trục phụ R = OC bán kính thực gương r bán kính mở (hay bán kính độ) Góc θ gọi góc mở (hay góc độ) Có hai loại gương cầu : gương cầu lõm có mặt phản xạ hướng tâm, gương cầu lồi có mặt phản xạ hướng ngồi tâm b- Cơng thức gương cầu: I P C P’ O T HÌNH 12 Xét điểm sáng P nằm quang trục gương Ta xác định ảnh P cách tìm giao điểm P’ hai tia phản xạ ứng với hai tia tới đó; ví dụ hai tia PO PI (H 12) P’ ảnh P Vẽ tiếp tuyến IT gương I Ta thấy IC IT phân giác ngồi góc PIP’ Bốn điểm T, C, P’, P bốn điểm liên hợp điều hòa, ta có : + = TP ' TP TC mà TC = R cos ϕ hay TC = 1 cos ϕ + = TP ' TP OC OC cos ϕ (2.1) Theo cơng thức ta thấy : Các tia sáng phát xuất từ điểm P, tới gương cầu với gócĠ khác nhau, khơng hội tụ điểm ảnh P’ Vậy khác với gương phẳng, ảnh điểm cho gương cầu, khơng phải điểm: ảnh P’ khơng rõ PDF Page Organizer - Foxit Software Tuy nhiên ta xét gương cầu có góc độ θ nhỏ φ nhỏ, cos φ ≈ , điểm T coi trùng với O Cơng (2.1) trở thành: + = (2.2) OP' OP OC Vậy trường hợp này, ta coi có ảnh điểm P’ Nếu ta kí hiệu OP' = d’, OP = d, OC = R, 1+1= d' d R (2.3) Vậy muốn có ảnh rõ, góc độ gương cầu phải nhỏ Cơng thức áp dụng cho gương cầu lồi hay lõm, vật ảnh thực hay ảo Thơng thường người ta quy ước chiều dương chiều truyền ánh sáng tới Thí dụ : Một vật phát sáng đặt cách gương cầu lồi cm, bán kính thức gương cm (+) O C HÌNH 13 Trong trường hợp này, d = OP = -7 cm R = cm (chiều dương chọn hình 13) Vậy ảnh cách gương d’ = 1,8 cm Đó ảnh ảo, phía sau gương c- Tiêu điểm gương cầu Cơng thức Newton (Niuton) Chiếu tới gương cầu chùm tia sáng song song với trục Chùm tia phản xạ hội tụ điểm F, điểm F gọi tiêu điểm gương cầu Đoạn OF gọi tiêu cự gương Chùm tia song song ứng với vật xa vơ cực nên d = - ∞ , suy tiêu cự f = OF , d’ cơng thức (2.3), R (2.4) f= R Với gương cầu lõm, ta có tiêu điểm thực Với gươnhg cầu lồi, ta có tiêu điểm ảo Ta lập cơng thức gương cầu cách lấy F làm gốc khoảng cách P C P’ H.14 F O PDF Page Organizer - Foxit Software Đặt FP = x, FP' = x’ Ta có : d’= OP' = OF + FP' = f + x’ d = OP = OF + FP = f + x Thay vào cơng thức (2.3), ta : + = =1 f +x' f +x R f Suy ra: xx’ = f2 (2.5) Đó cơng thức Newton d- Cách vẽ ảnh – Độ phóng đại: Ta có tia đặc biệt sau: - Tia tới song song với trục chính, tia phản xạ qua tiêu điểm F - Tia tới qua tiêu điểm F, tia phản xạ song song với trục - Tia tới qua tâm gương, tia phản xạ ngược trở lại Để xác định ảnh điểm, ta cần dùng hai ba tia Đối với vật khơng phải điểm, ta cần xác định ảnh số điểm đặc biệt A y A' B y' B' O F c d' d R HÌNH 15 Thí dụ: Có vật AB thẳng, đặt vng góc với trục Ta cần vẽ ảnh A’ điểm A (như hình vẽ 15), sau từ A’ hạ đường thẳng góc xuống trục chính, ta ảnh A’B’ Gọi y y’ kích thước vật ảnh theo phương vng góc với trục độ phóng đại định nghĩa là: β= y' y Xét tam giác đồng dạng ABC, A’B’C’, ta có: B' A ' = B' C BA BC PDF Page Organizer - Foxit Software dn* = an dt - bn* dt = [ aN - (a + b)n* ] dt hay dn * + (a + b )n * = aN dt Giải phương trình này, ta : n* = aN ⎡ − a+ b t − e ( ) ⎤⎦ ⎣ a+b Thời gian t tính từ lúc bắt đầu kích thích Khi t = 0, ta có n*=O Khi thời gian kích thích tăng, số hạt trạng thái kích thích tăng theo tiến tới trị số giới hạn làĠ Khi số hạt từ trạng thái nhảy lên trạng thái kích thích số hạt từ trạng thái kích thích rơi trở trạng thái tính thời gian: an = bn* Ta nói phát quang đạt tới chế độ ổn định Cường độ ánh sáng phát quang I tỷ lệ với số hạt rơi trở mức đơn vị thời gian Ta viết I = bn* ứng với chế độ ổn định, ta có : I=N ab a+b Mà ta biết N tỷ lệ với cường độ Io ánh sáng kích thích, I tỷ lệ với Io Tuy nhiên N khơng thể lớn tổng số hạt phát quang có chất khảo sát, tăng Io, cường độ phát quang I khơng thể tăng mà đạt tới chế độ bão hòa Khi ta ngưng kích thích, phát xạ ngẫu sinh tiếp tục thời gian Số hạt trạng thái kích thích giảm dần theo hệ thức Hay dn * = − bn * dt dn* = − b.dt n* Suy n* = n*o e− bt VớiĠ = số hạt trạng thái kích thích vào lúc t = 0, thời gian t tính từ lúc ngưng kích thích Hình vẽ biểu diễn biến thiên n* theo thời gian n* t kích thích H sau ngưng kích thích PDF Page Organizer - Foxit Software - 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 th 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 trò máy biến đổi ánh sáng : hấp thụ ánh sáng kích thích biến đổi thành ánh sáng phát quang Thực ra, khơng phải 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 khơng phát xạ Như vậy, đơn vị thời gian, số hạt rơi trở mức khơng phải gồm bn* hạt phát huỳnh quang mà bn* + cn* (cn* số hạt rơi mức đơn vị thời gian mà khơng 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 thơng hấp thụ hay J = A 1+ c / b PDF Page Organizer - Foxit Software Giả sử hạt trở trạng thái mà khơng 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 thơng 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 cơng 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 khơng 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 PDF Page Organizer - Foxit Software Từ cơng 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 qng 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 qng đường CFC’, nghĩa giảm (, ta làm tăng t Khi khơng 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 PDF Page Organizer - Foxit Software §§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 khơng thể 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 Huỳnh 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 ngồi, 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 hồn tồn 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 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 mơi trường ƒ Phát lân quang Becquerel - Lenard, xảy với chất rắn kết tinh Trong q trình phát lân quang có “ion hóa nội” Một điện tử bị bứt khỏi ngun tử phát quang để có độ tự Khi điện tử tái hợp với ngun tử phát xạ lân quang xảy PDF Page Organizer - Foxit Software §§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 ngun 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 khơng làm tăng cường độ phát quang mà 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 khơng 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 PDF Page Organizer - Foxit Software 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 vơ 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 ngun tử, phân tử vật chất Thực vậy, biết ánh sáng loại sóng điện từ có độ dài sóng ngắn phát ngun 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 ngun tử, phân tử xảy hồn tồn ngẫu nhiên, tự phát, khơng điều khiển Các ngun 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 ngun 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 Xơ Prơkhơrơp Basơp 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 Xơ Tháng 7/1960, máy Laser xuất cơng trình Maimain §§2 SỰ PHÁT XẠ KÍCH ĐỘNG Ta biết phát xạ hạt (ngun tử, phân tử, ion) nguồn sáng thơng thường q trình xảy cách tự phát, hồn tồn 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 q trình tương tác ánh sáng vật chất, Einstein cho : Khơng hạt phát xạ cách ngẫu nhiên mà phát xạ tác động bên ngồi 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 PDF Page Organizer - Foxit Software 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 khơng 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 mơi 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 PDF Page Organizer - Foxit Software §§3 SỰ KHUYẾCH ĐẠI ÁNH SÁNG ĐI QUA MỘT MƠI 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 mơi 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 mơi 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“ Mơi 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 mơi 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 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 trò 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 cơng suất P sinh phát xạ kích động lớn cơng suất P’ bị Ta có P= dw dn = hν dt dt PDF Page Organizer - Foxit Software 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 PDF Page Organizer - Foxit Software 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 thơng thường I IM Tính điều hợp Với nguồn sáng thơng thường, ánh sáng phát hạt ánh sáng khơng điều hợp H (Ao) nhau, nghĩa khơng có 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 trò 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 PDF Page Organizer - Foxit Software 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 cơng suất yếu Laser khí He – Ne Trong hỗn hợp này, Ne chất chính, He đóng vai trò 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 Ngun tử He bị kích thích nhảy từ mức E1 lên mức E4 chuyển lượng ngun tử Ne mức PDF Page Organizer - Foxit Software He* + Ne Ỉ Ne* + He He* Ne* E4 E4 E3 6328Ao E2 E1 H He Ne E1 Các ngun 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 cơng suất yếu (vài miliwatt) Tia sáng Laser bắn qua lỗ thủng gương M2 Ngày nay, người ta thực phát xạ laser với nhiều mơi 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 vơ tuyến điện - Đo khoảng cách định vị trí - Trong y khoa để giải phẩu tế bào - Hướng dẫn mục tiêu - Chụp ảnh tồn ký v.v… §§9 GIỚI THIỆU VỀ QUANG HỌC PHI TUYẾN Quang học khảo sát với nguồn sáng thơng thường (khơng phải nguồn laser) gọi quang học tuyến tính Các nguồn sáng thơng thường cho ta chùm xạ với cường độ điện trường tương đối yếu (khoảng 103 V/cm) so với cường độ điện trường bên ngun tử (từ 107 V/cm đến 109 V/cm) Khi chùm tia xạ truyền qua mơi 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 ( ) ( ) PDF Page Organizer - Foxit Software Trong mơi trường đẳng hướng, ( vơ hướng gọi độ cảm điện mơi tuyến tính mơi trường Trong mơi 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 mơi trường tùy thuộc vào tần số xạ truyền qua khơng 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 ngun tử Người ta thấy tính chất quang học mơi trường khơng 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 mơi 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 qt 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 mơi phi tuyến Pi = t ∑λ ij E j thành 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) PDF Page Organizer - Foxit Software Cần lưu ý khơng phải mơi trường có khả phát SHH Thí dụ khơng thể tạo phát SHH với mơi 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 mơi 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 qt 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, ngồi 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 mơi trường, thí dụ CS2, chùm tia laser làm cho mơi trường trở thành khơng đồng tính; chiết suất mơi trường tăng dần từ ngồi 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 ngồi xảy với tần số thấp tần số ngưỡng [...]... khúc xạ là hệ quang học gồm hai mơi trường trong suốt có chiết suất khác nhau n1 và n2 được ngăn cách bởi một phần mặt cầu Σ Để nghiên cứu mặt cầu khúc xạ, ta căn cứ vào các yếu tố sau đây: C là tâm của mặt cầu, O là đỉnh – đường thẳng qua CO gọi là quang trục chính Các đường thẳng khác đi qua tâm C được gọi là các quang trục phụ Đoạn OC≈ R là bán kính của mặt cầu khúc xạ Mọi mặt phẳng chứa quang trục... và sau quang hệ, ta có: nyu = n’y’u’ Trong trường hợp tính đồng qui của chùm tia được bảo tồn, chùm tia tới song song với quang trục chính, sau khi ra khỏi quang hệ chúng sẽ hội tụ qua F’ F’ là ảnh liên hợp với vật ở xa vơ cực nằm trên quang trục chính – F’ là tiêu điểm ảnh chính Ta lập luận tương tự để xác định tiêu điểm vật chính F (chùm tia phát xuất từ F ứng với chùm tia ló song song với quang trục... dây thần kinh T đi vào mắt khơng nhạy sáng được gọi là điểm mù Về mặt quang học, mắt là một quang hệ đồng trục gồm một số mặt cong ngăn cách các mơi trường có chiết suất khác nhau, tương đương với một lưỡng chất cầu duy nhất có đỉnh S PDF Page Organizer - Foxit Software (vị trí chung của H và H’) Với mắt trung bình, các hằng số quang học đặc trưng cho mắt như sau : - Tụ sốĠ 60 điốp - Tiêu cự ảnh Ġ 23... mặt phẳng p và p’ đi qua K và K’ và thẳng góc với trục quang học được gọi là hai mặt phẳng chính p được gọi là mặt phẳng chính vật p’ được gọi là mặt phẳng chính ảnh Các điểm H và H’ (giao điểm của p và p’ với quang trục) được gọi là các điểm chính H và H’ là hai điểm liên hợp Nói chung với các cặp điểm K và K’ bất kỳ trên mặt phẳng chính và ở gần quang trục, ta có HK = H ' K ' , độ phóng đại γ = H'K'... φ a 3a Chúng ta xác định 4 điểm chính trên quang trục (H 39), trước tiên là H và H’, rồi F và F’ Từ các kết quả trên có thể vẽ đường truyền của chùm tia qua quang hệ, ví dụ: chùm tia tới song song với quang trục (H 39) Các đường chấm chấm dùng để dựng hình Sau khi dựng hình xong có thể suy ra đường truyền thực của chùm tia là các đường liền nét trên hình vẽ Quang hệ chúng ta vừa nghiên cứu là thị kính... trong khoảng P’P” Như vậy chùm tia ló khơng đồng qui ở một điểm Trong khơng gian ảnh, các tia tiếp xúc với mặt tụ quang (qui tích những điểm có mật độ năng lượng sáng lớn) gồm 2 tầng Một tầng của mặt tụ quang là đoạn thẳng P’P” nằm trên quang trục Tầng thứ hai đối xứng tròn xoay quanh quang trục Giao tuyến của tầng này với hình vẽ là đường cong M1P’M2 Nếu hứng ảnh của điểm P trên E’ (hình 40) ta sẽ... phẳng và mặt phẳng khúc xạ SS 5 QUANG HỆ ĐỒNG TRỤC Là một quang hệ gồm các mặt phẳng, mặt cầu khúc xạ ngăn cách các mơi trường trong suốt có chiết suất khác nhau, tâm của các mặt khúc xạ cùng nằm trên một đường thẳng – đường thẳng đó được gọi là quay trục chính của hệ Chúng ta sẽ nghiên cứu qui luật tạo ảnh của quang hệ xuất phát từ tính chất của các điểm đặc biệt của quang hệ 1 Hai tiêu điểm và hai... trước là mơi trường vật thực 1 Cơng thức mặt cầu khúc xạ i2 I i1 α2 A1 α1 A2 c ϕ O HÌNH 24 Ta xét ảnh của điểm A1 nằm trên quang trục Và chỉ xét các tia đi gần trục OC Chọn tia thứ nhất là tia A1C, trùng với quang trục Tia này truyền thẳng qua mặt khúc xạ Vì vậy ảnh sẽ nằm trên quang trục (H 24) Tia thứ hai dùng để xác định ảnh là tia A1I, tới mặt khúc xạ dưới góc tới i1 Góc khúc xạ tương ứng trong... quang hệ Giá trị của ф là giá trị R đại số, nó cho biết xu thế đi về gần quang trục hay đi ra xa của các chùm tia khúc xạ đơn vị đo tụ số là “điốp” nếu chiều dài tính ra mét Chú ý : đối với mặt cầu khúc xạ, ta chỉ có ảnh rõ khi các tia tới đi gần trục chính 2 Các tiêu điểm, mặt phẳng liên hợp và mặt phẳng tiêu a- Các tiêu điểm: O (n1) O F1 F2 (n2) (n1) (n2) HÌNH 25 Cho chùm tia sáng song song với quang. .. hai mặt phẳng vng góc với quang trục chính tại F và F’ Các điểm ở trên mặt phẳng tiêu, khác F hay F’, được gọi là các tiêu điểm phụ 2 Điểm chính 2 mặt phẳng chính PDF Page Organizer - Foxit Software J S K K' I' J' I F' F H H' P P' HÌNH 31 Xét tia SJ song song với quang trục, tia ló là J’F’ Trong các tia tới đi qua F, ta chọn một tia FI sao cho tia ló là IR (song song với quang trục) có cùng giá với ... định luật qung học cho mơi trường cụ thể, hệ quang học thường gặp Mục đích để nghiên cứu quy luật tạo ảnh hệ quang học VẬT VÀ ẢNH Xét chùm tia sáng, phát suất từ điểm P, sau qua quang hệ, chùm... Quang thơng đến dS : dφ = IdΩ = IdS cos i r2 Độ rọi mặt dS : E= dφ I cos i = dS r Quang thơng qua quang hệ Chúng ta cần biết độ chói độ rọi ảnh mà quang hệ cho Giả sử vật dS đặt vng góc với quang. .. tia tiếp xúc với mặt tụ quang (qui tích điểm có mật độ lượng sáng lớn) gồm tầng Một tầng mặt tụ quang đoạn thẳng P’P” nằm quang trục Tầng thứ hai đối xứng tròn xoay quanh quang trục Giao tuyến