SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG SS 1 CÁC THÍ NGHIỆM MỞ ĐẦU VỀ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG.
SS.8 TƯƠNG PHẢN PHA.
Chiếu sáng thẳng gĩc một bản mỏng mặt song song, trong suốt, đồng chất AB bằng một chùm tia sáng song song phát xuất từ một nguồn điểm S ở vơ cực. Như vậy ánh sáng tới AB là ánh sáng điều hợp, chùm tia song song này đi qua thấu kính L, hội tụ tại S’. Aûnh của AB cho bởi thấu kính là A’B’.
Chấn động sáng tại mọi điểm trên mặt AB đều đồng pha, giả sử cĩ phương trình :
so = a sinωt
Trong điều kiện cĩ ảnh rõ của Gauss, ta cĩ thể coi mặt phẳng A’B’ là một mặt sĩng. Gọi L là quang lộ giữa hai mặt liên hợp AB và A’B’. Chấn động sáng tại mặt A’B’ chậm pha
hơn chấn động tại mặt AB là :
φ 2πL
λ =
Vậy phương trình chấn động tại các điểm trên A’B’ là s’o = a sin (ωt - φ)
- Nếu bề dày của bản AB khơng đều, hoặc bản khơng đồng nhất (chiết suất khơng đồng nhất tại mọi điểm) thì các chấn động sáng ở các điểm trên mặt AB khơng cịn đồng pha nữa.
Giả sử tại P cĩ một chỗ lõm, và Q là một một chỗ lồi, làm bề dày của bán kính thay đổi là (c. Mặt sĩng ứng với chùm tia lĩ là ra khỏi AB cĩ dạng như hình vẽ (h 8.2). Chấn động tại P’ (hay Q’) cĩ pha thay đổi là :
λ πδ ϕ =±2 với δ = (n - 1)∆c kN = ∆λ λ A P Q B F Σ L S’ (E) B’ Q’ P’ A’ H. 8.1 A H. 8.2 Σ P Q B
Vậy phương trình chấn động sáng tại P’ (hay Q’) là S’ = a sin (ωt - φ - ϕ)
( < 0 ứng với P’ ( < 0 ứng với Q’
Như vậy nếu bề dày của bản AB khơng đều hoặc chiết suất của bản khơng đồng nhất tại mọi điểm thì chấn động sáng tại các điểm trên ảnh A'B' khơng đồng pha với nhau. Dĩ nhiên mắt ta khơng thể nhận thấy được sự khác nhau về pha này và vẫn thấy ảnh A'B' sáng đều.
Ta cĩ thể viết :
s’ = a cosϕ. sin (ωt - φ) - asinϕ . cos (ωt - φ)
Giả sử các sự biến thiên về bề dày hoặc chiết suất của bản là rất nhỏ, ta cĩ thể lấy cosϕ ≈ 1, sinϕ ≈ ϕ.
Do đĩ :
S’ = a sin (ωt - φ) - aϕ . cos (ωt - φ) S’ = a sin (ωt - φ) - aϕ . sin (ωt - φ +
2
π )
Ta thấy chấn động sáng tại một điểm trên A'B' được coi là tổng hợp của hai sĩng : - Một sĩng chính (hay sĩng nền) cĩ biên độ như nhau tại mọi điểm trên A'B'.
'
o
S = a sin (ωt - φ)
- Một sĩng phụ cĩ biên độ thay đổi theo vị trí trên ảnh A'B' do các sự khơng đồng chất nĩi trên của các điểm trên vật AB :
S’1 = -aϕ . sin (ωt - φ + 2
π )
Sĩng phụ này cĩ pha vuơng gĩc với sĩng chính : Ta nhận xét :
* Ứng với điểm lõm : φ < 0 : S’1 = a|φ| sin (cot - Φ +r/2) sĩng phụ nhanh pha vuơng gĩc với sĩng nền.
* Ứng với điểm lồi : φ > 0
S’1 = -aϕ.sin (ωt - φ + 2 π ) S’1 = aϕ.sin (ωt - φ - 2 π )
Sĩng phụ chậm pha vuơng gĩc với sĩng nền.
- Bây giờ ta để ý hiện tượng trên mặt tiêu của thấu kính L.
Sĩng chính khi đi qua thấu kính L, bị nhiễu xạ bởi vành ngồi của thấu kính. Ảnh S’ chính là vệt sáng giữa của ảnh nhiễu xạ gây ra bởi vành ngồi thấu kính. Bán kính của vệt sáng này là:
R = 1,22
DF F
F = tiêu cự của thấu kính L. D = đường kính
Ta cĩ thể giải thích : sĩng phụĠ sinh ra do sự nhiễu xạ bởi các điểm bất thường trên vật AB (điểm P hoặc điểm Q). Vệt sáng giữa của ảnh nhiễu xạ gây ra bởi các điểm này cĩ bán kính là :
r = 1,22
d F
λ
d là đường kính của chỗ lồi, lõm.
Dĩ nhiên r khá lớn so với R. Như vậy ta cĩ thể loại bỏ một trong hai sĩng trên một cách dễ dàng. Thí dụ : Muốn loại bỏ sĩng chính trên màn (E), ta chỉ việc đặt tại S' một màn ngăn sáng cĩ diện tích bằng diện tích của vệt sáng S'.