GIAO THOA ÁNH SÁNG
SS.7 GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG KHƠNG ĐƠN SẮC.
Trước hết, ta xét sự giao thoa với ánh sáng trắng. Đĩ là ánh sáng tạp gồm vơ số các bước sĩng biến thiên liên tục từ 0,4µ tới 0,76µ.
Tại O, hiệu quang lộ triệt tiêu với mọi bước sĩng nên ta cĩ sự trùng nhau của các vân sáng ứng với mọi bước sĩng từ 0,4µ tới 0,76µ. Do đĩ ta được một vân trắng, gọi là vân
trắng trung tâm.
Ra tới các cực đại kế cận, vì khoảng cách vân tỉ lệ với bước sĩng, i = 1
D
λ , nên các vân sáng ứng với các bước sĩng khác nhau khơng cịn trùng nhau nữa. Ta được các vân sáng
phát màu, mép trong (gần vân trung tâm) màu tím, mép ngồi màu đỏ, ở giữa là các màu
trung gian biến thiên một cách liên tục, giống như màu sắc của cầu vồng. Sự tán sắc rộng hơn khi ta xét các vân sáng xa vân trung tâm hơn.
Ra tới một vị trí khá xa, tại điểm này cĩ thể cĩ sự chồng chất của một số vân sáng ứng với các màu khác nhau. Thí dụ xét một điểm M trên màn ảnh cách O một khoảng ứng với một hiệu quang lộ là ∆ = 6µ. Trong bước sĩng từ 0,4µ tới 0,76µ cĩ 8 đơn sắc thỏa mãn điều kiệnĠ = ū và 7 đơn sắc thỏa mãn điều kiện
∆ = (2k + 1)λ/2. Vậy tại M cĩ sự tổng hợp của 8 màu ứng với 8 đơn sắc cực đại, và cĩ sự
vắng mặt của 7 đơn sắc. Sự chồng chất của 8 màu trên tạo ra tại M một màu gần như trắng (vì khơng chức đủ các bước sĩng từ 0,4µtới 0,76µ), gọi là màu trắng bậc trên.
Nếu ta đặt tại M một khe vào của máy quang phổ cho khe song song với các vân, thì qua máy quang phổ, ánh sáng bậc trắng trên ấy bị phân tán thành quang phổ: 8 vân sáng tách rời nhau xen kẽ là 7 vân tối. Hệ vân sáng tối xen kẽ ấy gọi là quang phổ văn.
Quan sát hiện tượng giao thoa trong ánh sáng trắng, giúp ta dễ dàng xác định vân sáng trung tâm.
Tiếp theo, chúng ta hãy xét trường hợp giao thoa với ánh sáng khơng hồn tồn đơn sắc. Giả sử bước sĩng ánh sáng nhận mọi giá trị từ λ đến λ + dλ.
Hình 18
Tuy nhiên, chúng ta cĩ thể biểu diễn bằng sơ đồ (H.18) chỉ 3 hệ vân ứng với các bước sĩng λ,λ+
2
λ
∆ và λ + ∆λ, rồi suy ra hình ảnh chồng chất của các bước sĩng.
Tại vị trí vân sáng trung tâm các cực đại bằng nhau, nên quan sát thấy một vân sáng
khơng bị mở rộng. Đến vân sáng thứ p, vì khoảng cách vân phụ thuộc vào bước sĩng, nên
các cực đại khơng cịn trùng nhau.
xλ= piλ= p l D λ X λ+∆λ = pi λ+∆λ = p l D ) (λ ∆+ λ
. Như vậy vân sáng thứ p bị mở rộng, bị nhịe.
Khi p chưa lớn lắm p( λ + ∆λ) D/l < (p + l)λ∆ (H18), vân sáng bị nhịe, nhưng giữa vân thứ p và (p + 1) vẫn cịn một khoảng tối để phân biệt hai vân. Tiếp tục đi theo chiều
tăng của bậc giao thoa p, đến cực đại bậc k nào đĩ, vị trí cực đại bậc k của bước sĩng (λ +
λ
∆ ) sẽ trùng với cực đại bậc (k + 1) của bước sĩng λ: x = ki(+((=(k+1)i( (7.1)
Kết quả tại miền vân sáng bậc k, vân sáng bị mở rộng đều trên cả khoảng cách vân. Trên màn sẽ quan sát thấy cường độ sáng đều. Càng tiếp tục đi xa, vân càng bị mở rộng, sự chồng chất càng nhiều về hình ảnh vẫn sáng đều.
Vậy muốn vẫn trơng thấy vân, ta phải cĩ điều kiện: Piλ+∆λ < (p + 1)iλ
Và vân bắt đầu biến mất khi: kiλ+∆λ = (k +1)iλ. Chú ý đến (7.1) ta cĩ: k = λ ∆ λ (7.2)
Vậy: Nếu trong chùm sáng cĩ đủ mọi bức xạ cùng cường độ với các bước sĩng nằm
trong khoảngλ, λ+∆λ, thì ta chỉ quan sát được nhiều nhất là k vân. Với k tính theo (7.2).
Số k được gọi là bậc giao thoa cực đại của bức xạ, đặc trưng cho độ đơn sắc của bức xạ.
Bức xạ màu lục của đèn thủy ngân λ = 0,5461µm chẳng hạn cĩ thể cho bậc giao k thoa
đến vài vạn.
Bức xạ lấy từ một lọc sắc thơng thường chỉ cho k = vài chục. Bậc giao thoa một vài triệu cĩ thể thu được với máy phát lượng từ (Laser).