CHƯƠNG 3 : QUANG SÓNG – QUANG LƯỢNG TỬ
3.1. Cơ sở của quang học sóng
3.1.1. Thuyết sóng điện từ về ánh sáng
Dựa vào sự tương tự giữa các tính chất của sóng điện từ và của ánh sáng, phát triển thuyết sóng ánh sáng của Huy-ghen và Frenen, năm 1860, Mắc-xoen đã nêu ra giả thuyết mới về bản chất ánh sáng: ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (so với sóng vơ tuyến điện), lan truyền trong không gian.
Từ thuyết điện từ về ánh sáng, Mắc-xoen cũng đã thiết lập được mối
liên hệ giữa tính chất điện từ với tính chất quang của môi trường.
c
v (3.1)
Trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không, v là tốc độ ánh sáng trong mơi trường có hằng số điện mơi là và độ từ thẩm là . Từ đó, suy ra hệ thức về chiết suất của môi trường: n (3.2)
Tiếp theo đó, Lo-ren-xơ cịn chứng minh được rằng phụ thuộc vào tần số f của ánh sáng:
= F (f) (3.3)
Nhờ đó, ơng đã giải thích được hiện tượng tán sắc ánh sáng.
3.1.2. Nguyên lý Huyghen – Fresnel
Vì ánh sáng có bản chất sóng nên nó cũng tuân theo nguyên lý Huyghen: Bất kỳ một điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó.
Ngun lý Huyghen giúp ta giải thích được sự lệch của tia sáng khỏi phương truyền thẳng, nghĩa là giải thích được hiện tượng nhiễu xạ về mặt định tính. Tuy nhiên để tính dao động sáng tại một điểm M nào đó thì ta cần phải tính tổng các dao động sáng do các nguồn thứ cấp gây ra tại M. Muốn vậy phải biết biên độ và pha của các nguồn thứ cấp. Để giải quyết vấn đề này Frênen đã
46
bổ sung thêm nguyên lý sau đây: Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha do nguồn thực gây ra tại vị trí của nguồn thứ cấp.
3.1.3. Khái niệm quang lộ
Xét hai điểm A, B trong một mơi trường đồng tính chiết suất n, cách nhau một đoạn bằng d. Thời gian ánh sáng đi từ A đến B là:
d t
v
(3.4)
Trong đó v là vận tốc ánh sáng trong mơi trường.
Ta định nghĩa: quang lộ giữa hai điểm A, B là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t, trong đó t là khoảng thời gian mà ánh sáng đi được đoạn đường AB trong môi trường. Gọi L là quang lộ giữa hai điểm A, B, ta có:
L = c.t (3.5)
Thay t từ (3.4) vào (3.5) và biết chiết suất của môi trường n c v
, ta rút ra :
L = n.d (3.6)
Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường chiết suất n1, n2, n3,…, với các quãng đường lần lượt là d1, d2, d3… thì quang lộ tổng cộng là :
L = n1.d1 + n2.d2 + n3.d3 + … = n di. i (3.7)
Nếu ánh sáng đi trong môi trường mà chiết suất thay đổi liên tục từ điểm này đến điểm khác thì ta chia đoạn đường thành các đoạn nhỏ ds để chiết
suất coi như không đổi trên mỗi đoạn nhỏ và quang lộ giữa hai điểm A và B là :
.
B
A
47
3.1.4. Các đại lượng trắc quang
Các đại lượng trắc quang là các đại lượng dùng trong kỹ thuật đo lường ánh sáng.