Phần này giới thiệu một số khái niệm cơ bản quan trọng trong việc tìm hiểu hành trạng quang học của tinh thể lỏng. Đây không phải là một sự trình bày đầy đủ của hiện tượng; nó chỉ dùng trong trường hợp hành trạng quang của tinh thể lỏng.
© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng 25
Ánh sáng và sự phân cực
Ánh sáng có thể biểu diễn là một sóng điện từ ngang cấu thành từ điện trường và từ trường dao động, vuông góc với nhau. Phần bên trái của biểu đồ dưới đây thể hiện điện trường trong mặt phẳng xy, từ trường trong mặt phẳng xz và phương truyền sóng theo hướng x. Nửa hình bên phải thể hiện đường tạo bởi vector điện trường khi nó truyền đi. Thông thường, chỉ có vector điện trường được đề cập tới vì thành phần từ trường về cơ bản giống hệt như vậy.
Điện trường biến thiên dạng sin này có thể xem là chiều dài của một sợi dây giữ bởi hai đứa trẻ ở hai đầu. Bọn trẻ bắt đầu hất các đầu dây theo kiểu sao cho sợi dây chuyển động trong một mặt phẳng, hoặc lên xuống, hoặc sang trái sang phải, hoặc ở một góc bất kì nào giữa hai trường hợp.
Ánh sáng trắng bình thường cấu thành từ các sóng dao động ở mọi góc có thể có. Ánh sáng được xem là “phân cực thẳng” khi nó gồm các sóng chỉ dao động trong một mặt phẳng đặc biệt. Nó như thể sợi dây lách qua một hàng rào cản – sóng có thể chuyển động lên xuống, nhưng chuyển động bị chặn lại trong những hướng khác. Bộ phân cực là một chất chỉ cho phép ánh sáng với một góc dao động đặc biệt nào đó đi qua. Hướng của dao động đi qua được bởi bộ phân cực được gọi là trục “dễ”.
Nếu hai bản phân cực ghép nối tiếp sao cho trục quang của chúng song song nhau, thì ánh sáng đi qua được cả hai bản. Tuy nhiên, nếu các trục đặt chéo nhau 90 độ (trực giao), thì ánh sáng phân cực đi qua bản thứ nhất bị chặn lại bởi bản thứ hai. Khi góc lệch quay từ 0 đến 90 độ, lượng ánh sáng truyền qua giảm đi. Hiệu ứng này được minh họa trong hình sau. Các bản phân cực đặt song song ở hình trên và trực giao ở hình dưới.
Ánh sáng phân cực
Sự phân cực thẳng đơn thuần là một trường hợp đặc biệt của ánh sáng phân cực tròn. Xét hai sóng ánh sáng, một phân cực trong mặt phẳng YZ và một phân cực trong mặt phẳng
26 http://www.thuvienvatly.info| © hiepkhachquay
XY. Nếu các sóng đạt tới các điểm cực đại và cực tiểu của chúng đồng thời (chúng cùng pha), thì tổng vector của chúng đưa đến một sóng, phân cực thẳng ở góc 45 độ. Điều này được minh họa trong hình bên dưới.
Tương tự, nếu hai sóng lệch pha nhau 180 độ, sóng thu được bị phân cực thẳng ở góc 45 độ theo hướng ngược lại.
Nếu hai sóng lệch pha nhau 90 độ (sóng này đạt cực trị thì sóng kia bằng không), thì sóng thu được bị phân cực tròn. Tóm lại, vector điện trường thu được từ tổng các thành phần quay xung quanh vector ban đầu khi sóng truyền đi. Giản đồ sau đây thể hiện tổng của các vector điện trường đối với hai sóng như vậy.
Trường hợp tổng quát nhất là khi độ lệch pha là một góc tùy ý (không nhất thiết 90 hay 180 độ). Trường hợp này định luật phân cực elip vì vector điện trường vạch ra một hình elip (thay vì một đường thẳng hay đường tròn như phần trước).