TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG HOLOGRAM

Lý thuyết Thí nghiệm - Cho ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính ta thấy sau khi đi qua lăng kính thì chùm sáng mặt trời bị phân tách thành một chùm sáng có màu là 1 dãy màu biến thiên li

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÝ 2

TÍNH CHẤT SÓNG ÁNH SÁNG:

TÁN SẮC, GIAO THOA, NHIỄU XẠ VÀ ỨNG DỤNG

HOLOGRAM

 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 

2 Vũ Minh Chiêu 1811606

3 Phùng Kim Bảo 1811541

4 Phan Công Minh 1512011

5 Nguyễn Tấn Đạt 1811874

6 Nguyễn Thuận An 1811383

7 Lê Hoàng Nguyên 1712375

9 Vũ Nguyễn Quang Đại 1811841

10 Trần Minh Quân 1712831

Contents

I Tán sắc ánh sáng 4

II Giao thoa ánh sáng 7

III Nhiễ u xạ 8

IV Hologram 10

I Tán sắc ánh sáng

1 Lý thuyết

Thí nghiệm

- Cho ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính ta thấy sau khi đi qua lăng kính thì chùm sáng mặt trời bị phân tách thành một chùm sáng có màu là 1 dãy màu biến thiên liên tục từ

đỏ đến tím

Hiện tượng quan sát được là hiện tượng tán sắc ánh sáng Thí nghiêm này được thực hiện đầu tiên vào năm 1969 bởi Isaac Newton

G là gương phẳng điều chỉnh đường đi của ánh sáng qua khe hẹp F, ABC là lăng kính (thủy tinh) tam giác Để kiểm tra xem có phải do thủy tinh đã làm thay đổi màu sắc của tia sáng hay không, Newton đã làm thí nghiệm 2:

Trong thí nghiệm 2, Newton tạo thêm một khe hẹp trên màn quan sát M lấy ra tia sáng màu vàng và cho đi qua lăng kính, kết quả thu được trên màn quan sát M’ là tia sáng màu vàng không bị đổi màu mà chỉ lệch về phía đấy của lăng kính

Kết luận

Ánh sáng đơn sắc: là ánh sáng có màu nhất định và không bị tán sắc khi đi qua lăng kính

Tán sắc: là hiện tượng phân tích một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc cấu tạo nên chùm sáng ban đầu

2 Ứng dụng

- Giải thích các hiện tượng tự nhiên như : cầu vòng

Máy quang phổ lăng kính

1 Công dụng

Là một dụng cụ ứng dụng hiện tượng tán sắc ánh sáng để phân tích một chùm sáng phức tạp thành nhiều chùm sáng đơn sắc

2 Cấu tạo và hoạt động

Gồm 3 bộ phận chính:

để cho chùm tia ló song song

- Hệ tán sắc: Gồm 1 hoặc vài lăng kính P để phân tích chùm ánh sáng song song thành các chùm ánh sáng đơn sắc song song

- Buồng tối: Là một hộp kín, một đầu là thấu kính hội tụ L2 (nằm sau lăng kính) đầu còn lại

là kính ảnh đặt tại tiêu diện của L2 Chùm ánh sáng đơn sắc song song khi vào buồng ảnh tạo thành nhiều ảnh của nguồn sáng, mỗi ảnh ứng với một bước sóng xác định gọi là vạch quang phổ

3 Ứng dụng

- Xác định nhiệt độ của các vật phát sáng

- Xác định sự có mặt của các nguyên tố trong hỗn hợp hay một hợp chất

II Giao thoa ánh sáng

1 Lý thuyết

Ánh sáng là 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 là hiện tượng chồng chất của hai (hay nhiều) sóng ánh sáng kết hợp làm

xuất hiện trong không gian những vân sáng và những vân tối nằm xen kẽ nhau

- Những vân sáng gọi là các cực đại giao thoa

- Những vân tối gọi là các cực tiểu giao thoa

• Điều kiện giao thoa: các sóng chồng chất lên nhau phải là các song kết hợp

• Sóng kết hợp là những sóng có cùng phương dao động, cùng tần số và có hiệu

pha không biến đổi theo thời gian

Thí nghiệm

Sự tạo thành vân sáng: tại vị trí hai sóng ánh sáng gặp nhau cùng pha, chúng tăng cường lẫn nhau, tại đó tạo thành vân sáng

Sự tạo thành vân tối: tại vị trí hai sóng ánh sáng gặp nhau ngược pha, chúng triệt tiêu lẫn nhau, tại đó tạo thành vân tối

2 Ứng dụng

Giải thích hiện tượng sặc sỡ của bong bóng xà phòng, đĩa CD,… khi để dưới ánh sáng mặt trời

Thực ra màng xà phòng gồm hai màng, ánh sáng bị phản xạ một phần ở màng 1, còn lại khúc xạ sáng màng 2, bị phản xạ tiếp lên trên, hai tia sáng trên gặp nhau, thỏa mãn điều kiện giao thoa nên giao thoa, tạo màu sắc sặc sỡ

Trên mặt đĩa sẽ xuất hiện nhiều màu sắc (giống như màu cầu vòng ta hay thấy) Vì

ta quan sát được mặt ghi CD dưới ánh sáng mặt trời nên ánh sáng chiếu đến CD là ánh sáng trắng, và khi ta thấy được đó là những màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

Đo bước sóng

III Nhiễu xạ

1 Lý thuyết

Hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi truyền qua các vật chắn sáng

có kích thước nhỏ được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.

Nguyên lý Huyghens-Fresnel:

• Mỗi điểm mà một mặt sóng đạt tới đều có thể xem là một nguồn phát sóng cầu thứ cấp

• Biên độ và pha của nguồn thức cấp là biên độ và pha do nguồn thực gây ra tại nguồn thứ cấp

Một số công thức

Nhiễu xạ Fresnel ( Sóng cầu):

1 Phương pháp đới cầu Fresnel:

2 Đặc điểm của các đới cầu Fresnel:

• Nếu bậc của các đới không quá lớn thì tất cả đều có diện tích bằng nhau

∆𝑆 =𝜋𝑎𝑏𝜆

𝑎 +𝑏

• Bán kính biên ngoài của đới bậc m là:

r m =√𝑚𝑎𝑏𝜆

𝑎+𝑏

3 Sóng thứ cấp phát từ các đới Fresnel:

Tại điểm quan sát B sóng thứ cấp từ các đới Fresnel sẽ có các tính chất sau:

• Hai sóng phát ra từ 2 đới liên tiếp thì ngược pha nhau, vì quang trình của chúng khác nhau

1 nửa bước sóng

• Biên độ sóng gần bằng nhau, vì các đới có diện tích gần bằng nhau và khoảng cách truyền chỉ thay đổi rất ít

4 Biên độ tổng hợp khi không có màn chắn:

• Tất cả các đới Fresnel trên mặt sóng đều gửi sóng đến B, biên độ tổng hợp tại B là:

A = A1 – A2 + A3 – A4 +…

A = 𝐴₁

2 + (𝐴₁

2 + 𝐴₂ − 𝐴₃

2) + (𝐴₃

Am ≈ 1

2(Am -1 + Am +1 )

A ≈𝐴₁

2

Khi không có màn chắn, biên độ tổng hợp bằng 1 nửa biên độ của đới thứ nhất

5 Biên độ tổng hợp khi lỗ nhỏ:

• Giả sử lỗ tròn nhỏ chỉ cho đi qua 3 đới Fresnel đầu tiên:

𝐴₁

𝐴₃

𝐴₃

𝐴₁

𝐴₃ 2

• Nếu lỗ tròn cho đi qua 4 đới đầu tiên:

𝐴₁

𝐴₃

𝐴3

𝐴₁

𝐴₄ 2

𝐴 ≈ {

𝐴₁

𝐴𝑚

𝐴₁

𝐴𝑚

2 Ứng dụng

ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG

Ta có:

→có d, L, a tính được bước song ánh sáng

→ khoảng cách từ cách tử đến màn lớn hơn độ lệch của vân cực đại chính bậc nhất khỏi hướng

ban đầu bao nhiêu lần, thì chu kì của cách tử sẽ lớn hơn bước sóng ánh sáng bấy nhiêu lần

IV Hologram

Kĩ thuật chụp toàn ảnh hay ảnh toàn ký là phương pháp và kĩ thuật chụp lại và tái dựng

hình ảnh ba chiều của vật thể Kĩ thuật này không cần sử dụng thấu kính quang học nhằm tập trung hình ảnh lên tấm ghi hình hoặc thiết bị kĩ thuật số, thay vào đó sử dụng một nguồn sáng kết hợp như laser chiếu đến vật và cho giao thoa với một chùm laser tham chiếu tại cuộn phim ghi hình

Để tạo được hình ảnh hologram cần, người ta chuẩn bị một số thiết bị đơn giản có sẵn :

- Bộ phận tạo nền (Base unit)

- Máy chiếu HD

- Hình ảnh được biên tập phù hợp cho việc trình chiếu 3D

- Một sân khấu được set up với phông tối màu và ánh sáng phù hợp

- Đầu DVD hoặc laptop để vận hành hình ảnh được chiếu

Hình ảnh từ màn hinh khi phát qua máy chiếu

sẽ hướng thẳng về phía khán giả, đi qua máy tạo nền sẽ hiển thị trước mắt người xem sẽ giống như những hình ảnh thật 100% Đây hoàn toàn là hình ảnh ảo nên người dùng có thể đi xuyên qua, hoặc sử dụng các hiệu ứng độc đáo để làm tan biến hình ảnh đó

Ứng dụng

Ảnh toàn ký có nhiều ứng dụng trong y học, khoa học, kĩ thuật, kiến trúc, bán lẻ hàng hóa, nhân chủng học, hay là cho mục đích giáo dục và lưu trữ thông tin

Ví dụ:

- Mô hình kiến trúc bằng toàn ảnh cho phép các kiến trúc sư mô hình hóa công trình trên không gian ba chiều trước khi triển khai xây dựng

- Ảnh toàn ký tái dựng từ những phần xương còn lại của người Lindow (Lindow Man)

2000 năm tuổi

- Các loại tem chống giả hiện nay cũng áp dụng nguyên tắc của ảnh hologram: Khi nhìn tem dưới các góc nhìn khác nhau chúng hiện lên màu sắc hoặc chi tiết khác nhau

- Ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực màn hình cho các thiết bị điện tử 2015, 2016 Ngoài ra, công nghệ chiếu 3D holographic còn được ứng dụng rộng rãi trong các chương trình show quảng cáo, sự kiện thời trang, công nghệ, sân khấu ca nhạc v.v nhằm gây ấn tượng với người xem