Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 52 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
52
Dung lượng
3,4 MB
Nội dung
Chương QUANG HỌC SÓNG Nguyễn Xuân Thấu -BMVL HÀ NỘI 2016 CHƯƠNG QUANG HỌC SÓNG NỘI DUNG CHÍNH ♣ Cơ sở quang học sóng ♣ Hiện tượng giaothoa sóng ánhsáng kết hợp ♣ Hiện tượng giaothoa phản xạ ♣ Hiện tượng giaothoa gây mỏng ♣ Ứng dụng giaothoa ♣ Hiện tượng nhiễu xạ ánhsáng ♣ Hiện tượng phân cực ánhsáng CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG Quang học: môn học nghiên cứu ánhsáng tương tác ánhsáng với chất Quang học cổ điển bao gồm quang học tia (quang hình học) quang học sóng Quang học tia: Nghiên cứu tượng ánhsáng dựa khái niệm “tia sáng” Ví dụ: tượng khúc xạ, phản xạ, tạo ảnh qua gương, lăng kính… Quang học sóng: Nghiên cứu tượng ánhsáng dựa khái niệm sóng ánhsáng Ví dụ: Giao thoa, nhiễu xạ, phân cực, tán sắc… CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG Các thuyết chất ánhsáng : ● Thuyết hạt Newton (cuối kỉ 17) Ánhsáng chùm hạt ● Thuyết sóng Huygens (cuối kỉ 17) Ánhsáng sóng ● Đầu kỷ 19 Fresnel giải thích tượng quang học ● Thuyết điện từ Maxwell (1865) Ánhsáng sóng điện từ ● Thuyết photon Einstein (1905) Ánhsáng có chất lượng tử (Max Planck) CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1.1 Các định luật quang hình học a) Định luật truyền thẳng ánh sáng: Trong môi trường suốt đồng tính đẳng hướng ánhsáng truyền theo đường thẳng b) Định luật tác dụng độc lập tia sáng: Tác dụng chùm sáng khác độc lập với nhau, nghĩa tác dụng chùm sáng không phụ thuộc vào có mặt hay không chùm sáng khác CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1.1 Các định luật quang hình học c) Hai định luật Descartes Khi tia sáng tới mặt phân cách hai môi trường suốt, đồng tính đẳng hướng bị tách làm hai: Tia phản xạ tia khúc xạ, chúng tuân theo hai định luật: * Định luật 1: Tia phản xạ nằm mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới pháp tuyến mặt phân cách) góc tới góc phản xạ: i1 i1 * Định luật 2: Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới tỷ số sin góc tới sin góc khúc xạ số không đổi: sin i n sin i n1 n 21 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1.1 Các định luật quang hình học c) Hai định luật Descartes * Hiện tượng phản xạ toàn phần i1 sin i1 n n 21 sin i n1 i1 i2 i2 n1 sin i1max n sin 90 n sin i1max n2 n 21 sin i1max n 21 n1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1.1 Các định luật quang hình học c) Hai định luật Descartes * Hiện tượng phản xạ toàn phần CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1.2 Những phát biểu tương đương định luật Descartes Một số khái niệm: a) Quang lộ Quang lộ tia sáng: Xét hai điểm A, B nằm môi trường đồng tính, chiết suất n, cách đoạn d Quang lộ hai điểm A B là: L = c.t, t = d/v thời gian để ánhsáng từ A đến B L = n.d Quang lộ điểm AB đoạn đường ánhsáng truyền chân không khoảng thời gian t, t khoảng thời gian mà ánhsáng đoạn AB môi trường CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1.2 Những phát biểu tương đương định luật Descartes Nếu ánhsáng truyền qua môi trường khác nhau: L nd L n idi B L n.ds A 10 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giaothoa cho mỏng có độ dày thay đổi – Vân độ dày 38 - Xét mỏng chiết suất n chiếu sáng nguồn sáng rộng - Xét hai tia sáng SABM, SM xuất phát từ điểm S nguồn Sóng kết hợp - Hiệu quang lộ tia: L1 L SA n(AB BM) (SM ) SM SA HM L1 L n(AB BM) HM HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giaothoa cho mỏng có độ dày thay đổi – Vân độ dày AB BM d cos r AI d.tan r AM 2d.tan r 39 HM AM sin i 2d.tan r.sin i 2nd L1 L 2d tan r.sin i cos r sin i n sin i n sin r sin r n L1 L 2d n sin i I r d HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giaothoa cho mỏng có độ dày thay đổi – Vân độ dày Vân nêm không khí: 40 Nêm không khí lớp không khí hình nêm nằm hai thủy tinh phẳng hợp với góc nhỏ Trên bề mặt nêm có vân giaothoa tia phản xạ L 2d sin i 2 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giaothoa cho mỏng có độ dày thay đổi – Vân độ dày Vân nêm không khí: Xét chùm sáng vuông góc với mặt nêm (i = 00): L 2d 41 Từ điều kiện giao thoa, vân tối ứng với độ dày lớp không khí: L 2d (2k 1) 2 với k = 0, 1, 2, 3,… dk HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giaothoa cho mỏng có độ dày thay đổi – Vân độ dày Vân tròn Newton 42 Hệ vân tròn Newton gồm chỏm cầu thủy tinh đặt tiếp xúc với thủy tinh phẳng Vân giaothoa thuộc loại độ dày: d k - Vân tối: - Vân sáng: d 2k 1 4 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giaothoa cho mỏng có độ dày thay đổi – Vân độ dày Vân tròn Newton Ánhsáng trắng Ánhsáng xanh Vân tròn Newton gồm hệ vòng tròn có tâm nằm trục chỏm cầu Tâm hệ vân ứng với điểm tối: d = 43 Ánhsáng đỏ HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giaothoa cho mỏng có độ dày thay đổi – Vân độ dày Vân tròn Newton Bán kính vân tối thứ k thỏa mãn: R rk2 (R d k ) r 2Rd k 2R k Rk 2 k 44 rk Rk Khoảng cách vân tối – sáng liên tiếp: i rk 1 rk k 1 k R HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.2 Giaothoa cho mỏng có độ dày không đổi – vân độ nghiêng P R1 S R2 i D 45 d n A M B HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.2 Giaothoa cho mỏng có độ dày không đổi – vân độ nghiêng P Hiệu quang lộ tia SABR2 SAR1 L L1 L 2d n sin i 2 S Vân sáng góc i thỏa mãn: 46 R1 i L 2d n sin i k Vân tối góc i thỏa mãn: L 2d n sin i 2k 1 2 d n R2 D M A B ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAOTHOA Khử phản xạ kính: Hiệu quang lộ tia phản xạ điều kiện tạo thành vân tối: L 2nd 2k 1 47 d 2k 1 d 0 4n 0 4n 0 n n tt 0,555m ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAOTHOA Kiểm tra mặt kính phẳng lồi 48 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAOTHOA Kiểm tra mặt kính phẳng lồi 49 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAOTHOA Đo chiết suất chất lỏng – chất khí Giaothoa kế Rayleigh L n n d Giả sử hệ vân dịch m khoảng vân, suy ra: 50 m n n d m n n0 d ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAOTHOA Đo chiều dài – Giaothoa kết Michelson lm 51 BÀI TẬP PHẦN GIAOTHOAÁNHSÁNG Các tập cần làm: (Sách BT Lương Duyên Bình): 1.2, 1.6, 1.7, 1.8, 1.10, 1.13, 1.14, 1.16, 1.19, 1.20 1.22, 1.24, 1.25, 1.26, 1.28, 1.29, 1.32 52 ... I B n A H n1 H I n I B A1I1 A H 15 H1B1 I2 B2 n1 sin i1 n sin i n1 H I2 IH n2 1 I1I2 I1I2 n1H I2 n I1H1 L1 L2 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1. 3 Hàm sóng ánh sáng O 16 M Giả sử O... xạ 14 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG 1. 2 Những phát biểu tương đương định luật Descartes b) Nguyên lý Fermat định lý Malus Chứng minh định lý Malus L1 n1A1I1 n A I n1A1I1 n I1H1 n H1B1 L n1... 2 L1 L HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 2.2 Khảo sát tượng giao thoa Cực đại thoa: giao L1 L k 28 Cực tiểu thoa: giao L1 L (2k 1) 2 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA