Ta đã biết ánh sáng là sóng điện tử có độ dài sóng ngắn (từ 0,4 (m ( 0,75(m). Một nguồn sáng như một ngọn đèn, một ngọn lửa gồm vô số các hạt phát ra ánh sáng. Các hạt này là các phân tử, nguyên tử hay ion. Mỗi hạt được coi là một máy (lưỡng cực) tí hon phát sóng điện từ.
F- w y bu y bu to k lic c HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG SS1 ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN VÀ ÁNH SÁNG PHÂN CỰC Ta biết ánh sáng sóng điện tử có độ dài sóng ngắn (từ 0,4 (m ( 0,75(m) Một nguồn sáng đèn, lửa gồm vô số hạt phát ánh sáng Các hạt phân tử, nguyên tử hay ion Mỗi hạt coi máy (lưỡng cực) tí hon phát sóng điện từ ur E Chiều truyền H.1 Trong quang học, véctơ điện trườngĠ có vai trị đặc biệt quan trọng, nên hình vẽ trên, ta vẽ sóng điện trường Từ trườngĠ thẳng góc với hình vẽ hướng phía trước tờ giấy Các sóng điện từ phát máy phát sóng tí hon có véctơ điệnĠ (còn gọi Frexnen hay véctơ chấn động sáng) hướng theo tất phương thẳng góc với phương truyền tia sáng (vì q trình phát sóng, hạt độc lập với nhau) Ánh sáng phát gọi ánh sáng tự nhiên, hay ánh sáng thiên nhiên Vậy ánh sáng tự nhiên coi gồm vô số chấn động thẳng phân bố theo tất phương thẳng góc với phương truyền tia sáng, khơng có phương chấn động ưu đãi phương chấn động khác (a) H.2 (b) Nếu cách đó, ta làm đối xứng nói phương chấn động sáng, ánh sáng gọi ánh sáng phân cực Ta có ánh sáng phân cực phần (h.3a) hay phân cực hoàn toàn (h.3b) .d o m o w o c u -tr ack C m C lic k to Chương IV w w d o w w w w N O W ! h a n g e Vi e N O W XC er PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c (a) (b) H Ánh sáng phân cực hồn tồn cịn gọi ánh sáng phân cực thẳng (vì xét điểm cố định, đỉnh véctơ điệnĠ dao động đường thẳng) hay gọi phân cực thẳng (vì sóng hình sin nằm mặt phẳng, gọi mặt phẳng chấn động) mặt phẳng chấn động ur E mặt phẳng sóng ur V ur H Phương chiều truyền (tia sáng) mặt phẳng phân cực H Hình vẽ ứng với ánh sáng phân cực thẳng Mặt phẳng hợp bởiĠ vàĠ mặt phẳng chấn động Mặt phẳng chứa tia sáng thẳng góc với véctơ điệnĠ gọi mặt phẳng phân cực, véctơĠ gọi véctơ phân cực Mặt phẳng hợp bởiĠ Ġ mặt phẳng sóng HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO PHẢN CHIẾU SS.2 Thí nghiệm Malus (M) (M’) I 570 570 (E) A2 I’ R A3 N S N' A1 A1 H.5 A4 Chiếu tới gương thủy tinh M chùm tia sáng tự nhiên song song, góc tới i = 57o Mặt sau gương M bôi đen để loại trừ tia phản chiếu mặt sau gương Aùnh sáng tới mặt trước gương M phản chiếu Hứng chùm tia phản chiếu d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c F- w y - Khi quay gương M xung quanh tia tới SI giữ góc tới góc i = 57o, kết thí nghiệm cho thấy cường độ sáng tia phản chiếu II’ không thay đổi (hứng chùm tia II’ lên ảnh để quan sát) - Bây để yên gương M quay gương M’ xung quanh tia tới II’ giữ góc tới i’ = 57( Thí nghiệm cho thấy cường độ chùm tia phản chiếu I’R thay đổi gương M’ quay: Khi mặt phẳng tới (ứng với hai gương) (SII’) (II’R) song song với nhau, cường độ tia phản chiếu IR cực đại, vật sáng E sáng nhất, hai vị trí A1 A3 Khi hai mặt phẳng tới thẳng góc với cường độ chùm tia I’R triệt tiêu, ứng với hai vị trí A2 A4 Nếu góc tới gương khác 57( vị trí A2 A4, cường độ tia I’R cực tiểu (tại A2 A4 tối nhất) triệt tiêu Ta giải thích sơ thí nghiệm sau : Chùm tia sáng SI chùm tia sáng tự nhiên nên chấn động sáng có tính đối xứng theo tất phương thẳng góc với SI, quay gương M quay khơng thể làm thay đổi cường độ sáng tia phản chiếu II’ Sau phản chiếu gương M, ánh sáng II’ khơng cịn tính đối xứng chùm tia SI nữa, mà ánh sáng phân cực thẳng Do quay gương M’, quay có ảnh hưởng tới cường độ sáng tia phản chiếu I’R Vì tính khơng đối xứng chùm tia tới II’ đến gương M’ nên có vị trí M’ để ánh sáng phản chiếu cực đại, có vị trí khác M’ để ánh sáng phản chiếu triệt tiêu Nếu chùm tia SI tới gương M góc tới i ( 57( chùm tia phản chiếu II’ ánh sáng phân cực phần Do quay gương M’ có phương để ánh sáng phản chiếu I’R có cường độ cực tiểu thơi, khơng thể triệt tiêu (vì với ánh sáng phân cực phần, ta có ưu đãi phương chấn động khơng có phương chấn động bị khử hoàn toàn) Gương M biến đổi ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực nên gọi kính phân cực Gương M’cho ta biết ánh sáng tới (II’) ánh sáng phân cực nên gọi kính phân tích SS.3 Định luật Brewster Từ cơng trình thực nghiệm, Brewster phát triển định luật sau : - Để có ánh sáng phân chiếu bề mặt môi phải có trị số xác định tùy trường tính S R iB n H tgi = n iB rB R’ , n = chiết suất mơi trường Góc i gọi góc tới Brewster, ký hiệu iB cực hoàn toàn phản trường suốt, góc tới i thuộc vào chất môi công thức k lic d o m w o gương M’ giống hệt gương M với góc i’=57o Tia phản chiếu cuối gương M đươc hứng ảnh E C m o c to bu y bu to k lic C c u -tr ack w w d o w w w w N O W ! h a n g e Vi e N O W XC er PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k c F- w y rB tia khúc xạ thẳng góc với Vậy trường hợp này, tia phản −chiếu π Nếu môi trường thủy tinh n = 1,5 tgiB = 1,5, iB ( 57( SS.4 Khảo sát lý thuyết phân cực phản chiếu Trước hết, xét sóng điện từ phân cực thẳng tới mặt phẳng cách hai mơi trường có chiết suất n n’ (giả sử n’ > n) y S z Et1 x Ek1 I i i R’ r Ep1 Mặt phẳng tới R n’ n Lấy điểm tới I làm gốc tọa độ, đường pháp tuyến I làm trục x, mặt phẳng ngăn chia hai môi trường mặt phẳng yIz, mặt phẳng tới mặt phẳng xIy Xét trường hợp véctơ điện sóng tới nằm mặt phẳng tới ( h.7 ) Các véctơ điện trường từ trường thuộc sóng tới, phản chiếu khúc xạ phải thỏa “điều kiện biên” mặt ngăn chia hai môi trường, nghĩa thành phần mặt ngăn chia hai môi trường véctơ điện trường, hay véctơ từ trường, phải có bảo tồn từ mơi trường sang môi trường Gọi Et1, Ht1, Ep1, Hp1, Ek1, Hk1 trị số cực đại điện trường từ trường ứng với sóng tới (t) sóng phản chiếu (P) sóng khúc xạ (K) Xét thời điểm I, điện trường từ trường ba sóng có trị S y số cực đại Et IE k Ep H.8 R z Hk Ht H.9 Hp x R’ Áp dụng điều kiện biên vào vectơ điện trường hai mơi trường, ta có : Et1 cosi - Ep1 cosi = Ek1 cosr (4.1) Trong trường hợp hình vẽ 7, véctơ từ trường song song với phương Iz chiều với Áp dụng điều kiện biên, ta có : Ht1 + Hp1 = Hk1 (4.2) Nếu gọi ( (, (’ (’ số điện môi độ từ thẩm môi trường môi trường 2, theo lý thuyết sóng điện từ, ta có : k lic d o m w o Ta có : tgiB = n hay sin iB = n cosiB so với định luật Descartes Suy : cosiB = sinrB hay iB = C m o c to bu y bu to k lic C c u -tr ack w w d o w w w w N O W ! h a n g e Vi e N O W XC er PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k c h a n g e Vi e w N y bu to k lic c u -tr a c k H t1 = ε µ E t , H p1 = ε µ E p1 , H k = ' ε µ' E k1 Ngồi chiết suất mơi trường : n= ⎧ ⎪c = ε µ ⎪ o o ⎨ ⎪v = ⎪⎩ εµ εµ c = ε o µo v với mơi trường suốt, ta có :Ġ, suy :Ġ tương tự Ġ Thế hệ thức vào phương trình (4.2), ta : nE t1 + nE p1 = n'E k1 (4.3) Từ phương trình (4.1) suy :Ġ Từ phương trình (4.3) suy :Ġ Lấy (4.4) + (4.5), suy :Ġ (4.4) (4.5) hay 2E t1 = E k1 cos r.sin r +sin i.cos i = E k1 sin2r +sin2i cos i.sin r E t1 = E k1 2cos i.sin r sin ( i+ r ).cos( i− r ) cos i.sin r Vậy ĉ (4.6) (4.5) – (4.4), suy : sin( i − r ).cos(i + r ) ⎛ sin i cos r ⎞ 2E p1 = E k1 ⎜ − ⎟ = E k1 cos i.sin r ⎝ sin r cos i ⎠ Suy E p1 = E t1 tg (i − r ) tg (i + r ) (4.7) Các công thức (4.6) (4.7) gọi công thức Frexnen - Trong trường hợp véctơ điện sóng tới thẳng góc với mặt phẳng tới Trong trường hợp này, véctơ điện sóng phản xạ khúc xạ thẳng góc với mặt phẳng tới, ta có cơng thức Frexnen : d o o c m C m w o d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k c ... phẳng phân cực H Hình vẽ ứng với ánh sáng phân cực thẳng Mặt phẳng hợp bởiĠ vàĠ mặt phẳng chấn động Mặt phẳng chứa tia sáng thẳng góc với véctơ điệnĠ gọi mặt phẳng phân cực, véctơĠ gọi véctơ phân. .. triệt tiêu (vì với ánh sáng phân cực phần, ta có ưu đãi phương chấn động khơng có phương chấn động bị khử hoàn toàn) Gương M biến đổi ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực nên gọi kính phân. .. tgiB = 1,5, iB ( 57( SS.4 Khảo sát lý thuyết phân cực phản chiếu Trước hết, xét sóng điện từ phân cực thẳng tới mặt phẳng cách hai mơi trường có chiết suất n n’ (giả sử n’ > n) y S z Et1 x Ek1 I