Chương 17: Sự giao thoa ánh sáng

Trong chương 16 ta đã biết ánh sáng là sóng điện từ. Vì vậy ánh sáng có mọi tính chất của sóng điện từ đã được nêu ở trên. Trong chương này ta nghiên cứu những hiện tượng liên quan đến bản ch

CHƯƠNG 17 : SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG I II III IV V SỰ GIAO THOA - NGUỒN SÁNG KẾT HỢP Nguyên lý chồng chất Tổng hợp hai dao động tần số, phương Hiện tượng giao thoa Dao động kết hợp không kết hợp GIAO THOA CỦA NGUỒN ÐIỂM VÂN KHÔNG ÐỊNH XỨ Sự phân bố cường độ sáng quan sát Hình dạng vân giao thoa Vị trí vân giao thoa Khoảng vân Các phương pháp quan sát vân giao thoa không định xứ GIAO THOA CHO BỞI BẢN MỎNG TRONG SUỐT HAI MẶT SONG SONG, VÂN CÙNG ÐỘ NGHIÊNG Sự định xứ vân Tính hiệu quang trình Hình dạng vân giao thoa GIAO THOA CHO BỞI BẢN MỎNG TRONG SUỐT CÓ ÐỘ DÀY THAY ÐỔI VÂN CÙNG ÐỘ DÀY Sự định xứ vân Tính hiệu quang trình Hình dạng vân giao thoa cách bố trí thực nghiệm để quan sát Vân giao thoa độ dày cho mỏng khơng khí Giao thoa ánh sáng trắng GIAO THOA KẾ HAI CHÙM TIA VI Giao thoa kế Rayleigh Giao thoa kế Michelson NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA HAI CHÙM TIA Kiểm tra phẩm chất mặt quang học Ðo độ biến thiên nhỏ chiều dày Những ứng dụng khác Trong chương 16 ta biết ánh sáng sóng điện từ Vì ánh sáng có tính chất sóng điện từ nêu Trong chương ta nghiên cứu tượng liên quan đến chất sóng ánh sáng I SỰ GIAO THOA - NGUỒN SÁNG KẾT HỢP Nguyên lý chồng chất TOP Ðó nội dung nguyên lí chồng chất Nguyên lí chồng chất sóng ánh sáng có cường độ yếu (ánh sáng nguồn sáng thông thường phát ra) Ðối với sóng Laser, cường độ điện trường chúng lớn có tương tác sóng với ngun lí chồng chất khơng cịn Ngun lí chồng chất nguyên lí để nghiên cứu tượng giao thoa nhiễu xạ 2.Tổng hợp hai dao động tần số, phương Giả sử hai dao động ánh sáng tần số phương TOP Hiện tượng giao thoa Dao động kết hợp không kết hợp TOP Vì cường độ tỉ lệ với bình phương biên độ (xem 16.52) từ (17.14) viết cho cường độ sau: Các dao động mà: hiệu số pha ban đầu chúng đại lượng không đổi theo thời gian gọi dao động kết hợp Dĩ nhiên, dao động xảy với tần số khác dao động kết hợp, tất dao động có tần số dao động kết hợp Các dao động điều hồ có tần số dao động kết hợp Nguồn phát dao động kết hợp nguồn kết hợp Khi tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp dẫn đến phân bố lại lượng khơng gian: có chỗ lượng đạt cực đại, có chỗ lượng đạt cực tiểu Hiện tượng gọi giao thoa ánh sáng Trong biểu thức (17.9) số hạng thứ ba gây nên tượng Vì số hạng gọi số hạng giao thoa Như vậy, trường hợp cường độ tổng hợp tổng cường độ cuả dao động thành phần, tức không xảy tượng giao thoa Các dao động trường hợp dao động không kết hợp Các dao động phát từ nguồn sáng thông thường hay từ điểm khác nguồn sáng dao động không kết hợp Các dao động không kết hợp giao thoa với Tóm lại, muốn quan sát tượng giao thoa ánh sáng sóng giao thoa với phải sóng kết hợp dao động chúng phải thực phương II GIAO THOA CỦA NGUỒN ÐIỂM VÂN KHÔNG ÐỊNH XỨ TOP Theo kết luận trên, muốn quan sát tượng giao thoa với ánh sáng phát từ nguồn sáng thông thường, sóng phải xuất phát từ nguồn điểm hay từ điểm nguồn rộng Trong trường hợp quan sát tượng giao thoa tồn miền khơng gian hai sóng gặp Miền gọi trường giao thoa Các vân giao thoa quan sát trường hợp vân không định xứ Nghiên cứu tượng giao thoa, ta phải tìm phân bố cường độ quan sát Sự phân bố cường độ sáng quan sát TOP Hình dạng vân giao thoa TOP Bây ta tìm hình dạng vân giao thoa Theo hình học giải tích, quĩ tích điểm khơng gian có hiệu số khoảng cách tính từ chúng đến hai điểm cố định cho trước số không đổi mặt hyperboloit trịn xoay, có hai tiêu điểm hai điểm cố định Vị trí vân giao thoa Khoảng vân TOP Các phương pháp quan sát vân giao thoa không định xứ TOP iện tượng giao thoa ánh sáng thực với nguồn sóng kết hợp a) Nguyên tắc chung để tạo sóng kết hợp Thí nghiệm chứng tỏ ánh sáng phát từ hai nguồn sáng thông thường từ hai phần khác nguồn sáng (khơng phải nguồn Laser) sóng khơng kết hợp chúng giao thoa với Vì để tạo hai sóng kết hợp từ nguồn sáng thông thường, cần phải cách (phản xạ, khúc xạ, ) tách ánh sáng phát từ sóng nguồn điểm thành hai sóng, cho truyền theo hai đường khác Hai sóng xem phát từ ảnh ảo hay ảnh thạt nguồn điểm hai khe hẹp Chẳng hạn, Fresnel dùng hai gương phẳng hay hai lăng kính đồng để tạo hai ảnh ảo; Young dùng hai khe hẹp để tạo hai nguồn kết hợp Các phương pháp mô tả chi tiết sau Với cách bố trí thực nghiệm (H 17.13) ta dễ dàng quan sát vân giao thoa độ nghiêng ánh sáng phản xạ, chùm tia tới gần vng góc với mặt Các tia sáng xuất phát từ nguồn điểm S phản xạ mặt thuỷ tinh G hai mặt song song, góc 450; đến mỏng M cần quan sát Các tia phản xạ từ hai mặt M lại qua G trước đến vật kính L Vật kính cho ảnh giao thoa quan sát đặt tiêu diện Như nói, ta quan sát vân giao thoa với ánh sáng truyền qua (tia BT1 DT2 hình 17.11) Có thể chứng minh dễ dàng hiệu quang trình hai tia truyền qua khác với hiệu quang trình hai tia phản xạ (/2 Do vân sáng hệ vân phản xạ tương ứng với vân tối bậc hệ vân truyền qua ngược lại Các vân truyền qua rõ vân phản xạ nhiều IV GIAO THOA CHO BỞI BẢN MỎNG TRONG SUỐT CÓ ÐỘ DÀY THAY ÐỔI VÂN CÙNG ÐỘ DÀY Sự định xứ vân TOP Giả sử mỏng M có hai mặt làm với góc ( bé vào cỡ hàng phút Như ta biết quan sát giao thoa với nguồn sáng điểm vân giao thoa khơng định xứ rõ Tuy nhiên thực tế nguồn điểm khó thực hiện, nhiều trường hợp khơng thực Hơn thiên nhiên tượng giao thoa mỏng thường quan sát với nguồn rộng, chẳng hạn tượng giao thoa váng dầu, mỡ ánh sáng tán xạ phần bầu trời Trong trường hợp thí nghiệm chứng tỏ rằng, hình ảnh giao thoa quan sát rõ miền không gian hẹp gần mặt mỏng khỏi miền vân nhanh chóng biến Vì người ta gọi loại vân giao thoa vân giao thoa định xứ Tuỳ thuộc vào độ dày, dạng hình học mỏng; điều kiện chiếu sáng mà miền định xứ hệ vân rộng hay hẹp nằm gần mặt nhiều hay Vì bắt đầu khảo sát tượng giao thoa tia phát từ điểm S nguồn rộng Giả sử điểm S nguồn gửi tới điểm A tia SA, sau phản xạ từ mặt cho ta tia CR1 Ðồng thời điểm S nguồn gửi tới điểm C bản, tia SC sau phản xạ mặt cho ta tia CR2 Hai tia CR1 CR2 hai tia kết hợp, gặp C, chúng có hiệu quang trình xác định nên giao thoa với C Dùng thấu kính L để chiếu ảnh giao thoa lên E Tính hiệu quang trình TOP Hình dạng vân giao thoa cách bố trí thực nghiệm để quan sát TOP Ta quan sát vân giao thoa với ánh sáng truyền qua, cường độ sáng vân tối khơng khơng, độ tương phản bé quan sát không rõ Cũng trường hợp hai mặt song song, hệ vân truyền qua hệ vân phản xạ phụ Vân giao thoa độ dày cho mỏng khơng khí TOP Giữa hai suốt đặt chồng lên tồn lớp không khí mỏng, nói chung có độ dày thay đổi từ điểm đến điểm khác Lớp khơng khí cho ta vân giao thoa độ dày Ta khảo sát hai thí dụ đơn giản a Vân giao thoa cho nêm khơng khí ... thoa ánh sáng, điều mà làm nguồn sáng thông thường Sau khảo sát số sơ đồ quan sát giao thoa ánh sáng b) Những cách bố trí thí nghiệm để quan sát giao thoa ánh sáng @ Khe Young Young người thực giao. .. Trong chương 16 ta biết ánh sáng sóng điện từ Vì ánh sáng có tính chất sóng điện từ nêu Trong chương ta nghiên cứu tượng liên quan đến chất sóng ánh sáng I SỰ GIAO THOA - NGUỒN SÁNG KẾT HỢP Nguyên... tượng giao thoa ánh sáng sóng giao thoa với phải sóng kết hợp dao động chúng phải thực phương II GIAO THOA CỦA NGUỒN ÐIỂM VÂN KHÔNG ÐỊNH XỨ TOP Theo kết luận trên, muốn quan sát tượng giao thoa