Tài liệu Chuong 7.3 phan cuc anh sang

7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực a) Ánh sáng tự nhiên Ánh sáng mang tính chất sóng và tuân theo các phương trình Maxwell cho sóng điện từ. 8 Vận tốc ánh sáng: v  3.10 m/ s Nguồn sáng: tổng hợp vô số các đoàn sóng tạo bởi các nguyên tử phát. Mỗi đoàn sóng có vector cường độ điện trường luôn dao động theo một phương nhất định và vuông góc với tia sáng. 87 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 là ánh sáng có vectơ dao động đều đặn theo mọi phương vuông góc với tia sáng. 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực a) Ánh sáng tự nhiên 88 Dao động của vectơ CĐĐT trong 1 đoàn sóng Biểu diễn ánh sáng tự nhiên 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực b) Ánh sáng phân cực 89 ♥ Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường chỉ dao động theo một phương xác định được gọi là ánh sáng phân cực thẳng (hay ánh sáng phân cực toàn phần). ♥ Mặt phẳng chứa tia sáng và phương dao động của vectơ E gọi là mặt phẳng dao động ♥ Mặt phẳng chứa tia sáng và vuông góc với mặt phẳng dao động được gọi là mặt phẳng phân cực. ♥ Ánh sáng có vectơ cường độ điện trường dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng, nhưng có phương dao động mạnh, có phương dao động yếu, được gọi là ánh sáng phân cực một phần. ♥ Ánh sáng tự nhiện có thể coi là tập hợp của vô số ánh sáng phân cực toàn phần dao động đều đặn theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng. 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực b) Ánh sáng phân cực 90 Mặt phẳng dao động và mặt phẳng phân cực Ánh sáng phân cực một phần và ánh sáng phân cực toàn phần 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực c) Hiện tượng phân cực ánh sáng ♥ Hiện tượng ánh sáng tự nhiên biến thành ánh sáng phân cực gọi là hiện tượng phân cực ánh sáng. 91 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực c) Hiện tượng phân cực ánh sáng ♥ Định luật Malus về phân cực ánh sáng:  Cường độ sáng sau kính phân cực là I0.  Cường độ sáng sau kính phân tích là I.  Định luật Malus: 92 Khi cho một chùm ánh sáng tự nhiên truyền qua hệ 2 bản tinh thể tuâmlin dày có quang trục hợp với nhau 1 góc  thì cường độ sáng nhận được ở phía sau hệ 2 bản tinh thể sẽ thay đổi tỷ lệ với cos 2  I  I0 cos 2  7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực c) Hiện tượng phân cực ánh sáng 93 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.2. Phân cực ánh sáng do phản xạ và khúc xạ Góc Brewster: tan i B  n 21 Theo định luật phản xạ và khúc xạ: i B  i B 94 sin i B n 21  sin rB sin i B sin i B n 21   tan i B  sin rB cos i B sin rB  cos i B i B i B (1) (2) i B  rB  90 Tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau rB 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.3. Phân cực ánh sáng do lưỡng chiết Tính lưỡng chiết: 95 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.3. Phân cực ánh sáng do lưỡng chiết 96 Một số tinh thể như băng lan (CaCO3) hay thạch anh (SiO2) có tính lưỡng chiết:  Trong tinh thể có hai chùm tia khúc xạ: tia thường (o) (tuân theo định luật khúc xạ) và tia bất thường (e).  Đều là ánh sáng phân cực toàn phần, có mặt phẳng phân cực vuông góc với nhau.  Tồn tại phương truyền ánh sáng tới để hai tia khúc xạ trùng nhau  Quang trục của tinh thể. 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.3. Phân cực ánh sáng do lưỡng chiết  Chiết suất đối với tia thường không đổi: no = const  Chiết suất đối với tia bất thường thay đổi theo góc tới:  Nếu ne < no gọi là tinh thể âm (băng lan)  Nếu ne > no gọi là tinh thể dương (thạch anh) 97 n0  sin i sin ro ne  sin i sin re 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.4. Một số loại kính phân cực Kính phân cực là các dụng cụ có thể biến đổi ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực. a) Bản tinh thể hấp thụ không đều Là bản tinh thể lưỡng chết nhưng có tính hấp thụ không đều đối với tia thường và tia bất thường, ví dụ bản tuamalin. Bản tinh thể dày hơn 1mm hầu như hấp thụ hoàn toàn tia thường và chỉ để cho tia bất thường truyền qua. Vì thế, bản tinh thể tuamalin có thể dung làm kính phân cực. 98 Bản polaroit làm bằng bản xenluyloit trên mặt phủ một số lượng lớn các tinh thể định hướng sunfat-iốt-kinin có tính hấp thụ dị hướng mạnh. Bản polarôit dày khoảng 0,1mm có thể hấp thụ hoàn toàn tia thường và tạo tra ánh sáng phân cực toàn phần. 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.4. Một số loại kính phân cực b) Lăng kính Nichols Lăng kính Nichols (gọi tắt là Nichols) là một khối tinh thể bang lan được cắt theo mặt chéo thành 2 nửa và dán lại với nhau bằng 1 lớp nhựa Canada trong suốt có chiết suất n nh  1,550 (ứng với bước sóng   0,589m ) 99 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.4. Một số loại kính phân cực b) Lăng kính Nichols Vì ne < no do đó tia thường bị khúc xạ nhiều hơn tia bất thường, đến lớp nhựa Canada tia thường bị phản xạ toàn phần vì n0 > nnh và i1 >i1max và đập lên mặt dưới của Nichols. Tại đây được bôi đen nên tia thường bị hấp thụ. Với tia bất thường, vì ne < nnh nên nó đi qua lớp nhựa, truyền trong băng lan rồi ra ngoài với phương song song với tia tới, 100 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.4. Một số loại kính phân cực b) Lăng kính Nichols Như vậy: Nichols đã biến đổi ánh sáng tự nhiên (hoặc phân cực 1 phần) truyền qua nó thành ánh sáng phân cực toàn phần có mặt phẳng dao động trùng với mặt phẳng chính của Nichols (chứa tia sáng và quang trục). 101 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực 102    vectơ sóng tổng hợp E  E o  E e L  L o  L e  (n o  n e )d 2 2   (L o  L e )  (n o  n e )d   Hiệu quang lộ tia thường và bất thường: Độ lệch pha: 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực Vì và dao động theo 2 phương vuông góc x và y nên đầu mút của vectơ sáng tổng hợp sẽ chuyển động theo quỹ đạo elip xiên xác định bởi phương trình: x 2 y 2 2xy  2 cos   sin 2  2 a1 a 2 a1a 2 103 Nếu trước khi vào bản ánh sáng phân cực toàn phần có biên độ là A và tính hấp thụ dị hướng của bản không đáng kể thì a1  A sin , a 2  A cos  Như vậy, ánh sáng phân cực thẳng sau khi truyền qua bản tinh thể sẽ biến thành ánh sáng phân cực elip xiên. 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 104 7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực x x  a1 cos  0 t  1    cos 0 t cos 1  sin 0 t sin 1 a1 y y  a 2 cos  0 t  2    cos 0 t cos 2  sin 0 t sin 2 a2 x  cos 2  cos 2 cos 0 t cos 1  cos 2 sin 0 t sin 1 a1 y   cos 1   cos 1 cos 0 t cos 2  cos 1 sin 0 t sin 2 a2 x y  cos 2  cos 1   sin 0 t sin(1  2 ) a1 a2 x y sin 2  sin 1   cos 0 t sin(1  2 ) a1 a2 x 2 y 2 2xy  2 cos   sin 2  2 a1 a 2 a1a 2 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực 105 x 2 y 2 2xy  2 cos   sin 2  2 a1 a 2 a1a 2  Bản ¼ bước sóng (n o  n e )d  (2k  1) 4    (2k  1) 2 x 2 y2  2  1 Nếu a1=a2  phân cực tròn 2 a1 a 2 Như vậy sau ánh sáng phân cực thẳng sau khi truyền qua bản ¼ bước sóng sẽ biến thành ánh sáng phân cực elip vuông hoặc phân cực tròn 7. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 7.5. Giao thoa của các tia sáng phân cực x 2 y 2 2xy  2 cos   sin 2  2 a1 a 2 a1a 2 Bản ½ bước sóng  (n o  n e )d  (2k  1) 2   (2k  1) 106 x y  0 a1 a 2 Như vậy sau khi truyền qua bản nửa bước sóng, ánh sáng phân cực thẳng vẫn là ánh sáng phân cực phẳng nhưng mặt phẳng dao động của nó bị quay đi 1 góc 2  so với trước khi vào bản