TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG HOLOGRAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÝ TÍNH CHẤT SĨNG ÁNH SÁNG: TÁN SẮC, GIAO THOA, NHIỄU XẠ VÀ ỨNG DỤNG HOLOGRAM Người hướng dẫn: Thầy Lê Quốc Khải Nhóm: 05  DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM  Lê Thị Kim Ngân 1712281 Vũ Minh Chiêu 1811606 Phùng Kim Bảo 1811541 Phan Công Minh 1512011 Nguyễn Tấn Đạt 1811874 Nguyễn Thuận An 1811383 Lê Hoàng Nguyên 1712375 Lê Thị Nhung 1813425 Vũ Nguyễn Quang Đại 1811841 10 Trần Minh Quân 1712831 Contents I Tán sắc ánh sáng .4 II Giao thoa ánh sáng .7 III Nhiễu xạ IV Hologram 10 I Tán sắc ánh sáng Lý thuyết Thí nghiệm Cho ánh sáng mặt trời qua lăng kính ta thấy sau qua lăng kính chùm sáng mặt trời bị phân tách thành chùm sáng có màu dãy màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Hiện tượng quan sát tượng tán sắc ánh sáng Thí nghiêm thực vào năm 1969 Isaac Newton G gương phẳng điều chỉnh đường ánh sáng qua khe hẹp F, ABC lăng kính (thủy tinh) tam giác Để kiểm tra xem có phải thủy tinh làm thay đổi màu sắc tia sáng hay khơng, Newton làm thí nghiệm 2: Trong thí nghiệm 2, Newton tạo thêm khe hẹp quan sát M lấy tia sáng màu vàng cho qua lăng kính, kết thu quan sát M’ tia sáng màu vàng khơng bị đổi màu mà lệch phía lăng kính Kết luận Ánh sáng đơn sắc: ánh sáng có màu định khơng bị tán sắc qua lăng kính Tán sắc: tượng phân tích chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc cấu tạo nên chùm sáng ban đầu Ứng dụng - Giải thích tượng tự nhiên : cầu vòng - Máy quang phổ lăng kính Máy quang phổ lăng kính Công dụng Là dụng cụ ứng dụng tượng tán sắc ánh sáng để phân tích chùm sáng phức tạp thành nhiều chùm sáng đơn sắc Cấu tạo hoạt động Gồm phận chính: - Ống chuẩn trực: Một đầu TKHT L1, đầu lại có khe hẹp F nằm tiêu diện TKHT L1 chùm tia ló song song - Hệ tán sắc: Gồm vài lăng kính P để phân tích chùm ánh sáng song song thành chùm ánh sáng đơn sắc song song - Buồng tối: Là hộp kín, đầu thấu kính hội tụ L2 (nằm sau lăng kính) đầu lại kính ảnh đặt tiêu diện L2 Chùm ánh sáng đơn sắc song song vào buồng ảnh tạo thành nhiều ảnh nguồn sáng, ảnh ứng với bước sóng xác định gọi vạch quang phổ Ứng dụng - Xác định nhiệt độ vật phát sáng - Xác định có mặt nguyên tố hỗn hợp hay hợp chất II Giao thoa ánh sáng Lý thuyết Ánh sáng sóng điện từ Trong vùng khả kiến ánh sáng có bước song thay đổi từ khoảng 400 nm đến 760 nm Giao thoa ánh sáng tượng chồng chất hai (hay nhiều) sóng ánh sáng kết hợp làm xuất không gian vân sáng vân tối nằm xen kẽ - Những vân sáng gọi cực đại giao thoa - Những vân tối gọi cực tiểu giao thoa • Điều kiện giao thoa: sóng chồng chất lên phải song kết hợp • Sóng kết hợp sóng có phương dao động, tần số có hiệu pha khơng biến đổi theo thời gian Thí nghiệm Sự tạo thành vân sáng: vị trí hai sóng ánh sáng gặp pha, chúng tăng cường lẫn nhau, tạo thành vân sáng Sự tạo thành vân tối: vị trí hai sóng ánh sáng gặp ngược pha, chúng triệt tiêu lẫn nhau, tạo thành vân tối Ứng dụng Giải thích tượng sặc sỡ bong bóng xà phòng, đĩa CD,… để ánh sáng mặt trời Thực màng xà phòng gồm hai màng, ánh sáng bị phản xạ phần màng 1, lại khúc xạ sáng màng 2, bị phản xạ tiếp lên trên, hai tia sáng gặp nhau, thỏa mãn điều kiện giao thoa nên giao thoa, tạo màu sắc sặc sỡ Trên mặt đĩa xuất nhiều màu sắc (giống màu cầu vòng ta hay thấy) Vì ta quan sát mặt ghi CD ánh sáng mặt trời nên ánh sáng chiếu đến CD ánh sáng trắng, ta thấy màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Đo bước sóng III Nhiễu xạ Lý thuyết Hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng truyền qua vật chắn sáng có kích thước nhỏ gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng Nguyên lý Huyghens-Fresnel: • • Mỗi điểm mà mặt sóng đạt tới xem nguồn phát sóng cầu thứ cấp Biên độ pha nguồn thức cấp biên độ pha nguồn thực gây nguồn thứ cấp Một số cơng thức Nhiễu xạ Fresnel ( Sóng cầu): Phương pháp đới cầu Fresnel: Đặc điểm đới cầu Fresnel: • Nếu bậc đới khơng q lớn tất có diện tích ∆𝑆 = • 𝜋𝑎𝑏𝜆 𝑎 +𝑏 Bán kính biên đới bậc m là: 𝑚𝑎𝑏𝜆 rm =√ 𝑎+𝑏 Sóng thứ cấp phát từ đới Fresnel: Tại điểm quan sát B sóng thứ cấp từ đới Fresnel có tính chất sau: • Hai sóng phát từ đới liên tiếp ngược pha nhau, quang trình chúng khác nửa bước sóng • Biên độ sóng gần nhau, đới có diện tích gần khoảng cách truyền thay đổi Biên độ tổng hợp khơng có chắn: • Tất đới Fresnel mặt sóng gửi sóng đến B, biên độ tổng hợp B là: A = A1 – A2 + A3 – A4 +… A= 𝐴₁ 𝐴₁ + ( + 𝐴₂ − 𝐴₃ 𝐴₃ ) + ( + 𝐴₄ − 𝐴₅ )+⋯ Am ≈ (Am-1 + Am+1 ) A≈ 𝐴₁ Khi khơng có chắn, biên độ tổng hợp nửa biên độ đới thứ Biên độ tổng hợp lỗ nhỏ: • Giả sử lỗ tròn nhỏ cho qua đới Fresnel đầu tiên: 𝐴= • 𝐴₁ 𝐴₁ 𝐴₃ 𝐴₃ 𝐴₁ 𝐴₃ + ( − 𝐴₂ + ) + ≈ + 2 2 2 Nếu lỗ tròn cho qua đới đầu tiên: 𝐴= 𝐴₁ 𝐴₁ 𝐴₃ 𝐴3 𝐴₁ 𝐴₄ + ( − 𝐴₂ + ) + −𝐴 ≈ − 2 2 2 𝐴₁ 𝐴𝑚 + 𝑚 = 1,3,5 … 𝐴 ≈{2 𝐴₁ 𝐴𝑚 − 𝑚 = 2,4,6 … 2 Ứng dụng ĐO BƯỚC SĨNG ÁNH SÁNG Ta có: →có d, L, a tính bước song ánh sáng → khoảng cách từ cách tử đến lớn độ lệch vân cực đại bậc khỏi hướng ban đầu lần, chu kì cách tử lớn bước sóng ánh sáng nhiêu lần IV Hologram Kĩ thuật chụp toàn ảnh hay ảnh toàn ký phương pháp kĩ thuật chụp lại tái dựng hình ảnh ba chiều vật thể Kĩ thuật khơng cần sử dụng thấu kính quang học nhằm tập trung hình ảnh lên ghi hình thiết bị kĩ thuật số, thay vào sử dụng nguồn sáng kết hợp laser chiếu đến vật cho giao thoa với chùm laser tham chiếu cuộn phim ghi hình Để tạo hình ảnh hologram cần, người ta chuẩn bị số thiết bị đơn giản có sẵn : - Bộ phận tạo (Base unit) 10 - Máy chiếu HD Hình ảnh biên tập phù hợp cho việc trình chiếu 3D Một sân khấu set up với phông tối màu ánh sáng phù hợp Đầu DVD laptop để vận hành hình ảnh chiếu Hình ảnh từ hinh phát qua máy chiếu hướng thẳng phía khán giả, qua máy tạo hiển thị trước mắt người xem giống hình ảnh thật 100% Đây hồn tồn hình ảnh ảo nên người dùng xuyên qua, sử dụng hiệu ứng độc làm tan biến hình ảnh Ứng dụng Ảnh tồn ký có nhiều ứng dụng y học, khoa học, kĩ thuật, kiến trúc, bán lẻ hàng hóa, nhân chủng học, cho mục đích giáo dục lưu trữ thơng tin Ví dụ: - - Mơ hình kiến trúc tồn ảnh cho phép kiến trúc sư mơ hình hóa cơng trình khơng gian ba chiều trước triển khai xây dựng Ảnh toàn ký tái dựng từ phần xương lại người Lindow (Lindow Man) 2000 năm tuổi Các loại tem chống giả áp dụng nguyên tắc ảnh hologram: Khi nhìn tem góc nhìn khác chúng lên màu sắc chi tiết khác Ứng dụng rộng rãi lĩnh vực hình cho thiết bị điện tử 2015, 2016 Ngồi ra, cơng nghệ chiếu 3D holographic ứng dụng rộng rãi chương trình show quảng cáo, kiện thời trang, công nghệ, sân khấu ca nhạc v.v nhằm gây ấn tượng với người xem 11 ... chất II Giao thoa ánh sáng Lý thuyết Ánh sáng sóng điện từ Trong vùng khả kiến ánh sáng có bước song thay đổi từ khoảng 400 nm đến 760 nm Giao thoa ánh sáng tượng chồng chất hai (hay nhiều) sóng. .. 2 Ứng dụng ĐO BƯỚC SĨNG ÁNH SÁNG Ta có: →có d, L, a tính bước song ánh sáng → khoảng cách từ cách tử đến lớn độ lệch vân cực đại bậc khỏi hướng ban đầu lần, chu kì cách tử lớn bước sóng ánh sáng. .. I Tán sắc ánh sáng .4 II Giao thoa ánh sáng .7 III Nhiễu xạ IV Hologram 10 I Tán sắc ánh sáng Lý thuyết Thí nghiệm Cho ánh sáng mặt