Bài giảng Vật lý II - Chương 2: Phân cực ánh sáng - Ngô Văn Thanh

TS. Ngô Văn Thanh, Viện Vật lý. Chuyên ngành : Điện tử - Viễn thông , Công nghệ thông tin, Điện - Điện tử Chương 2: Phân cực ánh sáng. 2.1 Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực 2.2 Phân cực do phản xạ và khúc xạ 2.3 Phân cực do lưỡng chiết 2.4 Ánh sáng phân cực ellipse và phân cực tròn 2.5 Lưỡng chiết nhân tạo 2.6 Sự quay mặt phẳng phân cực @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý 2.1 Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực. Ánh sáng tự nhiên  Ánh sáng mang tính chất sóng và tuân theo các phương trình Maxwell cho sóng điện từ.  Vận tốc ánh sáng:  Nguồn sáng: tổng hợp vô số các đoàn sóng tạo bởi các nguyên tử phát sáng.  Mỗi đoàn sóng có vector cường độ điện trường luôn dao động theo một phương nhất định và vuông góc với tia sáng.  Các nguyên tử chuyển động hỗn loạn cho nên các vector cường độ điện trường của ánh sáng có phương khác nhau. Ánh sáng tự nhiên có vector cường độ điện trường dao động đều đặn theo mọi phương vuông góc với tia sáng. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý Phân cực ánh sáng  Phân cực ánh sáng: ánh sáng đi qua các môi trường bất đẳng hướng về mặt quang học.  Phân cực thẳng (phân cực toàn phần): các vector cường độ điện trường dao động cùng phương tại mọi điểm.  Mặt phẳng tạo bởi và phương truyền được gọi là mặt phẳng phân cực của sóng.  Ánh sáng tự nhiên được xem là một tập hợp của vô số ánh sáng phân cực thẳng.  Ánh sáng phân cực một phần: là ánh sáng có vector cường độ điện trường dao động theo nhiều phương, nhưng độ mạnh yếu của dao động giữa các phương là khác nhau. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý  Phân cực ánh sáng bằng phương pháp hấp thụ lọc (kính phân cực):  Polarizer: kính phân cực chỉ cho ánh sáng truyền qua theo một phương nhất định  Transmission axis : quang trục, vector cường độ điện trường của ánh sáng phân cực song song với quang trục.  Analyser: kính phân tích làm thay đổi cường độ sáng, có thể dùng để phân biệt ánh sáng phân cực và ánh sáng thường  Định luật Malus: Cường độ sáng nhận được: @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý 2.2 Phân cực do phản xạ và khúc xạ. Phân cực toàn phần  Góc phân cực  Sử dụng định luật Snell với mặt khác  Góc được gọi là góc Brewster. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý  Sóng phản xạ và sóng khúc xạ có thể không bị phân cực, phân cực một phần hoặc là phân cực toàn phần, nó phụ thuộc vào góc tới của sóng ánh sáng. Khi góc tới bằng 0 hoặc bằng 90o: sóng ánh sáng không bị phân cực Khi tổng góc tới và góc khúc xạ bằng 90o: sóng phản xạ phân cực toàn phần, sóng khúc xạ phân cực một phần. Các trường hợp khác: cả hai sóng khúc xạ và phản xạ đều phân cực một phần. Sóng khúc xạ không bao giờ bị phân cực toàn phần. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý 2.3 Phân cực do lưỡng chiết.  Tia sáng tới bị tách thành 2 tia khi truyền qua môi trường bất đẳng hướng  Chất lưỡng chiết (tinh thể) có hai giá trị chiết suất khác nhau  Chiết suất của tia thường không thay đổi với mọi phương sóng tới.  Chiết suất của tia dị thường phụ thuộc vào phương truyền sóng.  Tinh thể âm:  Tinh thể dương:  Quang trục:  Tinh thể đơn trục và tinh thể lưỡng trục @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý  Quang trục nghiêng một góc nào đó so với mặt tinh thể:  Tia sáng đi qua tinh thể bị tách thành hai tia.  Tia dị thường không vuông góc với mặt sóng của nó.  Quang trục và chùm sáng cùng vuông góc với mặt tinh thể:  Tia sáng qua tinh thể không bị tách thành hai tia.  Tia thường và tia dị thường trùng nhau và có cùng vận tốc.  Trục quang học song song với mặt tinh thể, chùm sáng vuông góc với mặt đó:  Tia sáng đi qua tinh thể bị tách thành hai tia.  Tia thường và tia dị thường trùng nhau nhưng có vận tốc khác nhau. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý 2.4 Ánh sáng phân cực ellipse và phân cực tròn.  Đầu mút của vector cường độ điện trường chuyển động trên một đường ellipse hoặc trên một đường tròn.  Xét vector cường độ điện trường hợp với quang trục một góc là  Sau khi qua bản tinh thể lưỡng chiết:  : tia thường vuông góc với quang trục.  : tia bất thường song song với quang trục.  : bước sóng của ánh sáng trong chân không.  Phương trình chuyển động theo phương x và y : Trong đó @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý Phân cực ellipse ¼ bước sóng:  Bề dày của bản tinh thể thỏa mãn điều kiện:  Phương trình chuyển động có dạng ellipse Phân cực tròn:  Phương trình chuyển động có dạng đường tròn: @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý Phân cực thẳng:  Bề dày của bản tinh thể thỏa mãn điều kiện:  Phương trình chuyển động có dạng đường thẳng Bản tinh thể là bản nửa bước sóng  Bề dày của bản tinh thể thỏa mãn điều kiện:  Phương trình chuyển động: Bản tinh thể là bản một bước sóng @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý 2.5 Lưỡng chiết nhân tạo. Lưỡng chiết khi bị biến dạng:  Vật có tính bất đẳng hướng khi bị nén hoặc bị kéo dãn  Quang trục: phương mà vật bị nén hoặc bị kéo dãn.  Hiệu số chiết suất của môi trường bị nén  p là áp suất tác dụng lên vật  C là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào bản chất của vật và bước sóng ánh sáng.  Hiệu pha giữa hai dao động của tia thường và tia bất thường:  d là bề dày của vật  Ứng dụng: dùng để nghiên cứu sự phân bố áp suất trong vật. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý Lưỡng chiết vì điện trường:  Hiệu ứng Kerr: một số chất lỏng trở nên bất đẳng hướng khi đặt trong điện trường.  Quang trục: phương của điện trường.  Hiệu số chiết suất của môi trường bị nén  E là điện trường  k là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng.  Hiệu pha giữa hai dao động của tia thường và tia bất thường:  d là bề dày của lớp chất lỏng  là hằng số Kerr  Ứng dụng: chế tạo các van quang học. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý 2.6 Sự quay mặt phẳng phân cực.  Tinh thể đơn trục và tinh thể vô định hình có thể làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng phân cực.  Các tinh thể đơn trục: (thạch anh, NaClO3)  Góc quay mặt phẳng phân cực của một tia sáng đơn sắc tỷ lệ với bề dày của bản tinh thể.  là hệ số tỷ lệ, d là bề dày của bản tinh thể.  Các chất vô định hình: còn được gọi là chất quang hoạt (đường, rượu)  là bề dày của lớp dung dịch  Nồng độ C là tỷ số giữa khối lượng của chất vô định hình trong dung dịch và thể tích của dung dịch  Ứng dụng : chế tạo dụng cụ đo nồng độ các chất (đường kế, rượu kế). @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý