Chương 1. SÓNG ÁNH SÁNG

Quang học là một ngành của vật lý nghiên cứu về sự lan truyền của ánhsáng trong các môi trường.Vì ánh sáng chỉ là một trường hợp riêng của bức xạ điện từ, quang học cóthể coi như là một lĩnh vực trong điện từ học và nhiều kết quả của quang học có thểmở rộng ra cho các bức xạ điện từ khác. Tuy vậy do yếu tố lịch sử, quang học ngàynay vẫn có vị trí như một ngành vật lý riêng.Quang học có ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và công nghệ như trong đolường, công...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 1. SÓNG ÁNH SÁNG Chương 1. SÓNG ÁNH SÁNG Quang học là một ngành của vật lý nghiên cứu về sự lan truyền của ánhsáng trong các môi trường. Vì ánh sáng chỉ là một trường hợp riêng của bức xạ điện từ, quang học cóthể coi như là một lĩnh vực trong điện từ học và nhiều kết quả của quang học có thểmở rộng ra cho các bức xạ điện từ khác. Tuy vậy do yếu tố lịch sử, quang học ngàynay vẫn có vị trí như một ngành vật lý riêng. Quang học có ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và công nghệ như trong đolường, công nghệ điện tử, y học ... 1.1. BẢN CHẤT ĐIỆN TỪ CỦA ÁNH SÁNG Bản chất điện từ của sóng ánh sáng được thiết lập nhờ sự so sánh các tínhchất giống nhau giữa ánh sáng và sóng điện từ theo lý thuyết Maxwell. Các tính chấtđó là: 1. Sóng ánh sáng và sóng điện từ đều là sóng ngang tuyệt đối. 2. Sóng ánh sáng và sóng điện từ đều truyền trong chân không với vận tốcbằng c = 3.108 m/s. 3. Không có ranh giới giữa sóng quang học và sóng vô tuyến trong miền hồngngoại cũng như giữa sóng quang học và tia x trong miền tử ngoại. 4. Việc đồng nhất giữa sóng quang học và sóng điện từ làm cho cho việc giảithích các hiện tượng quang học một cách đơn giản, rõ ràng. Chẳng hạn giải thíchcác hiện tượng phản xạ, khúc xạ, hiện tượng tán sắc, phân cực ánh sáng… Nói tóm lại các sóng quang học gồm các ánh sáng thấy được, hồng ngoại, tửngoại và một dải sóng trong thang sóng điện từ thống nhất. Phổ điện từ: Sóng radio, vi ba, hồng ngoại, quang phổ, tử ngoại, tia X, tia gamma, Nhìn thấy: đỏ, da cam, vàng, xanh lá cây hay lục, xanh lơ, xanh lam, chàm, tím 1.2. QUANG LỘ - NGUYÊN LÝ FERMAT - ĐỊNH LUẬT MALUS 1.2.1. Hàm sóng ánh sáng - Quang lộ. Ánh sáng là sóng điện từ, nghĩa là một trường điện từ biến thiên và lantruyền, tuy nhiên thực nghiệm đã chứng tỏ rằng hầu hết các hiện tượng quang họcxảy ra là do tác dụng của vectơ điện trường. Do đó dao động sáng là dao động vectơ điện trường E của sóng điện từ: Giả sử tại 0 dao động sáng có dạng: E = E0 cos ωt (1.1) Sóng ánh sáng truyền đến M cách 0 một khoảng 0M = d, dao động sáng tại  2πL M có dạng: E = E0 cos ωt −   λ (1.2) Trong đó L = n.d: được gọi là quang lộ, n: chiết suất của môi trường, Giả sử trong khoảng thời gian τ , ánh sáng đi được trong chân không là: d L = cτ , trong môi trường chiết suất n, ánh sáng đi được là: d = vτ ⇒ τ = , thay vvào L 5 d c ta có: L = cτ = c = d = nd (1.3) v v Vậy quang lộ là khoảng đường ánh sáng đi được trong chân không trongcùng một khoảng thời gian mà nó thực sự đi trong môi trường. 1.2.2. Nguyên lý Fermat. Phát biểu: Giữa hai điểm AB, ánh sáng sẽ truyền theo con đường nào màquang lộ là cực trị. 1.2.3. Định lý Malus. Phát biểu: Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trực giao của một chùmsáng thì bằng nhau. Xét chùm sáng song song truyền qua A2 mặt phân cách (P) hai môi trường có chiết ∑1 suất n1 và n2 , ∑1 và ∑2 là hai mặt trực giao. H2 Gọi L1 = (A1I1B1)= n1A1I1+n2I1H1+n2H1B1 A1 i1 L2 = (A2I2B2)= n1A2H2+n1H2I2+n2I2B2 n1 I2 (P) Theo hình 1.1 và định luật khúc xạ ta n2 I1 B2 rút ra được: i2 n1H2I2 = n2I1H1 H1 ∑2 Kết quả L1 = L2 : nghĩa là quang lộ B1 giữa hai mặt trực giao thì bằng nhau. Hình 1.1 1.3. GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO BỞI HAI NGUỒN KẾT HỢP 1.3.1. Tổng hợp hai dao động cùng phương, cùng tần số. Giả sử hai dao động sáng cùng phương, cùng tần số: E1 = E 01 sin( ωt + ϕ 1 ) E 2 = E 02 sin ( ωt + ϕ 2 )chồng chất lên nhau tại một điểm M nào đó trong không gian. E 01, E02 là các biên độdao động, ϕ 1 , ϕ 2 là pha ban đầu của chúng. Theo nguyên lý chồng chất, vì hai daođộng cùng phương, nên ta có thể sử dụng phép cộng đại số: E = E 01 sin ( ωt + ϕ 1 ) + E 02 sin ( ωt + ϕ 2 ) (1.4) Dao động tổng hợp cũng sẽ là một dao động sin có cùng tần số ω . ...