Tài liệu: Sự phân cực ánh sáng (1)

Ánh sáng Mặt Trời và hầu như mọi dạng nguồn chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo khác đều tạo ra sóng ánh sáng có vectơ điện trường dao động trong mọi mặt phẳng vuông góc với hướng truyền sóng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Sự phân cực ánh sáng (1) Sự phân cực ánh sáng Ánh sáng Mặt Trời và hầu như mọi dạng nguồn chiếu sáng tự nhiên và nhântạo khác đều tạo ra sóng ánh sáng có vectơ điện trường dao động trong mọi mặtphẳng vuông góc với hướng truyền sóng. Nếu như vectơ điện trường hạn chế daođộng trong một mặt phẳng bởi sự lọc chùm tia với những chất liệu đặc biệt, thì ánhsáng được xem là phân cực phẳng, hay phân cực thẳng đối với hướng truyền, và tấtcả sóng dao động trong một mặt phẳng được gọi là mặt phẳng song song, hay mặtphẳng phân cực. Mắt người không có khả năng phân biệt giữa ánh sáng định hướng ngẫunhiên và ánh sáng phân cực, và ánh sáng phân cực phẳng chỉ có thể phát hiện quacường độ hoặc hiệu ứng màu, ví dụ như sự giảm độ chói khi mang kính râm. Trongthực tế, con người không thể nào phân biệt giữa ánh sáng thực độ tương phản caonhìn thấy trong kính hiển vi ánh sáng phân cực và hình ảnhtương tự của cùng mẫuvật ghi bằng kĩ thuật số (hoặc trên phim) và rồi chiếu lên màn hứng với ánh sángkhông phân cực. Ý niệm cơ bản của sự phân cực ánh sáng được minh họa trên hình1 đối với một chùm ánh sáng không phân cực đi tới hai bản phân cực thẳng. Vectơđiện trường vẽ trong chùm ánh sáng tới dưới dạng sóng sin dao động theo mọihướng (360 độ, mặc dù chỉ có 6 sóng, cách nhau 60 độ được vẽ trong hình). Trongthực tế, vectơ điện trường của ánh sáng tới dao động vuông góc với hướng truyềnvới sự phân bố đều trong mọi mặt phẳng trước khi chạm phải bản phân cực thứnhất. Các bản phân cực minh họa trong hình 1 thực ra là những bộ lọc gồm cácphân tử polymer chuỗi dài định theo một hướng. Chỉ có ánh sáng tới dao độngtrong cùng mặt phẳng với các phân tử polymer định hướng bị hấp thụ, còn ánhsáng dao động vuông góc với mặt phẳng polymer thì truyền qua bộ lọc phân cựcthứ nhất. Hướng phân cực của bản phân cực thứ nhất là thẳng đứng nên chùm tiatới sẽ chỉ truyền qua được những sóng có vectơ điện trường thẳng đứng. Sóngtruyền qua bản phân cực thứ nhất sau đó bị chặn lại bởi bản phân cực thứ hai, dobản phân cực này định hướng ngang đối với vectơ điện trường trong sóng ánhsáng. Ý tưởng sử dụng hai bản phân cực định hướng vuông góc với nhau thườngđược gọi là sự phân cực chéo và là cơ sở cho ý tưởng về kính hiển vi ánh sáng phâncực. Manh mối đầu tiên cho sự tồn tại của ánh sáng phân cực xuất hiện vàokhoảng năm 1669 khi Erasmus Bartholin phát hiện thấy tinh thể khoáng chất sparIceland (loại chất canxit trong suốt, không màu) tạo ra một ảnh kép khi các vậtđược nhìn qua tinh thể trong ánh sáng truyền qua. Trong thí nghiệm của ông,Bartholin cũng quan sát thấy một hiện tượng khá lạ thường. Khi tinh thể canxitquay xung quanh một trục nhất định, một trong hai ảnh cũng chuyển động trònxung quanh ảnh kia, mang lại bằng chứng mạnh mẽ cho thấy tinh thể bằng cáchnào đó đã tách ánh sáng thành hai chùm tia khác nhau. Hơn một thế kỉ sau đó, nhà vật lí người Pháp Etienne Malus đã xác định đượcảnh tạo ra với ánh sáng phản xạ qua tinh thể canxit và lưu ý rằng, dưới những điềukiện nhất định, một trong các ảnh sẽ biến mất. Ông đã nhận định không chính xácrằng ánh sáng ban ngày thông thường gồm hai dạng ánh sáng khác nhau truyềnqua tinh thể canxit theo các đường đi độc lập nhau. Sau đó, người ta xác định đượcsự khác biệt xảy ra do sự phân cực của ánh sáng truyền qua tinh thể. Ánh sáng banngày gồm những ánh sáng dao động trong mọi mặt phẳng, trong khi ánh sáng phảnxạ thường giới hạn trong một mặt phẳng song song với bề mặt mà từ đó ánh sángbị phản xạ. Ánh sáng phân cực có thể được tạo ra từ những quá trình vật lí phổ biến làmlệch hướng chùm tia sáng, như sự hấp thụ, khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ (hoặc tán xạ)và quá trình gọi là lưỡng chiết (đặc điểm của sự khúc xạ kép). Ánh sáng phản xạ từbề mặt phẳng của một chất lưỡng cực điện (hoặc cách điện) thường bị phân cựcmột phần, với vectơ điện của ánh sáng phản xạ dao động trong mặt phẳng songsong vói bề mặt của vật liệu. Ví dụ thường gặp về những bề mặt phản xạ ánh sángphân cực là mặt nước yên tĩnh, thủy tinh, bản plastic, và đường xa lộ. Trong nhữngthí dụ này, sóng ánh sáng có vectơ điện trường song song với bề mặt chất bị phảnxạ ở mức độ cao hơn so với sóng ánh sáng có những định hướng khác. Tính chấtquang học của bề mặt cách điện xác định lượng chính xác ánh sáng phản xạ bịphân cực. Những chiếc gương không phải là bản phân cực tốt, mặc dù nhi ều chấtliệu trong suốt trong vai trò bản phân cực rất tốt, nhưng chỉ khi góc ánh sáng tớinằm trong một giới hạn nhất định nào đó. Một tính chất quan trọng của ánh sángphân cực phản xạ là độ phân cực phụ thuộc vào góc tới của ánh sáng, với lượngphân cực tăng được quan sát thấy khi góc tới giảm. Khi xét sự tác động của ánh sáng không phân cực lên một bề mặt cách điệnphẳng, có một góc duy nhất mà tại đó sóng ánh sáng phản xạ bị phân cực hoàntoàn vào một mặt phẳng. Góc này thường được gọi là góc Brewster, và có thể dễdàng tín ...