CHƯƠNG 3 : QUANG SÓNG – QUANG LƯỢNG TỬ
d. Phân cực do lưỡng chiết
Thực nghiệm chứng tỏ rằng ở một số tinh thể như băng lan, thạch anh… có tính chất đặc biệt là nếu chiếu một tia sáng vào đó thì nói chung ta sẽ được hai tia. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng phân cực do lưỡng chiết và là một trong những hiện tượng thể hiện tính bất đẳng hướng của tinh thể về mặt quang học.
Thực nghiệm cho biết trong tinh thể có một phương đặc biệt mà khi truyền theo đó thì tia sáng khơng bị tách thành hai. Phương đặc biệt ấy gọi là quang trục của tinh thể. Đó là phương ứng với đường chéo aa1 nối liền hai đỉnh ứng với ba góc tù 101o
52’. Bất kỳ đường thẳng nào song song với AA1 cũng là quang trục của tinh thể cả.
65
Chiếu một tia sáng tự nhiên vng góc với mặt ACA1C1 của tinh thể. Khi đi vào tinh thể, tia sáng tách thành hai:
+ Một tia truyền thẳng không bị lệch gọi là tia thường. Tia thường có cường độ điện trường nằm trong mặt phẳng chính của nó ( mặt phẳng chứa quang trục và tia bất thường ).
+ Một tia đi lệch khỏi phương truyền ban đầu gọi là tia bất thường. Tia bất thường có vectơ cường độ
điện trường vng góc một mặt phẳng đặc biệt gọi là mặt phẳng chính của tia sáng .
Nếu ánh rọi vào tinh thể là ánh sáng tự nhiên thì cường độ của tia thường và tia bất thường như nhau, còn nếu ánh sáng rọi vào là ánh sáng phân cực thì cường độ của hai tia phụ thuộc vào góc
giữa mặt phăng tới và mặt phẳng chính:
Thay đổi góc tới i của tia đập lên mặt abcd, đo góc khúc xạ của tia thường ( io ) và của tia bất thường ( ie ) , người ta nhận thấy, đối với tia thường:
const n i i 0 0 sin sin (6.48)
Trong đó: no là chiết suất của tinh thể đối với tia thường. Đối với tia bất thường:
const n i i e e sin sin (6.49)
Trong đó: ne là chiết suất của tinh thể đối với tia bất thường, nó phụ thuộc vào góc tới i.
66
Thực nghiệm chứng tỏ rằng, vận tốc của tia bất thường theo phương song song với quang trục là cực tiểu, theo phương đó ve = vo , cịn theo phương vng góc với quang trục , ve có giá trị cực đại.
o e V
V (6.50)
Chiết suất tỷ lệ nghịch với vận tốc, do đó: ne no(6.51)
3.4.2. Định luật Maluyt
Thực nghiệm chứng tỏ rằng bản Tuamalin dày khoảng 1mm trở lên chỉ cho qua những ánh sáng nào có vectơ cường độ điện trường nằm trong một mặt phẳng xác định, đó là mặt phẳng chứa một phương đặc biệt là quang trục của tinh thể và tia sáng. Cịn các ánh sáng có vectơ E vng góc với mặt phẳng trên sẽ không đi qua bản. Trong trường hợp bản tuamalin có quang trục song song với cạnh AB, cịn tia sáng chiếu vào vng góc với mặt ABCD của bản, vì ánh sáng là sóng ngang nên tia sáng sau bản tuamalin có vectơ Esong song với quang trục của bản.
Vì tính đối xứng của ánh sáng tự nhiên xung quanh phương truyền, nên nếu ta quay bản tuamalin xung quanh tia sáng thì ở vị trí nào của bản cũng có ánh sáng truyền qua. Ánh sáng đó là ánh sáng phân cực tồn phần.
Lấy một bản tuamalin T2 (bản T2 đặt sau bản T1). Gọi là góc giữa hai quang trục. Do tính chất của bản tuamalin, biên độ dao động sáng sau bản T2 là : 2 = .cos1 a a Cường độ sáng sau bản T2 sẽ là : 2 2 2 = a = I .cos2 1 I (*) Trong đó 2 1 = a1
I là cường độ sáng sau bản T1. Như vậy, nếu giữ cố định bản T1 và quay bản T2 xung quanh tia sáng thì I2 sẽ thay đổi. Lúc hai quang trục song song với nhau thì I2 = I2max = I1. Cịn lúc hai quang trục vng góc với nhau thì I2 = I2min = 0. T1 được gọi là kính phân cực, T2 được gọi là kính phân tích.
67
Công thức (*) ở trên biểu diễn một định luật gọi là định luật Maluyt: Khi cho một chùm tia sáng tự nhiên rọi qua hai bản tuamalin có quang trục hợp với nhau một góc thì cường độ sáng nhận được tỉ lệ với 2
cos .
Dùng một bản tuamalin ta có thể phân biệt được chùm sáng là ánh sáng tự nhiên hay ánh sáng phân cực. Đặt bản tuamalin trên đường đi của tia sáng, nếu tia sáng là ánh sáng tự nhiên thì khi quay bản tuamalin, cường độ sáng sau bản khơng thay đổi, cịn nếu tia sáng là ánh sáng phân cực thì khi quay bản tuamalin cường độ sáng sau bản sẽ thay đổi.
3.5. Cơ sở của quang học lượng tử 3.5.1. Thuyết lượng tử Planck 3.5.1. Thuyết lượng tử Planck