Chương II
Một số khái niệm cơ bản
I.Cơ sở của quang học tia
1.Định luật truyền thẳng ánh sáng:trong môi trường
trong suốt, đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo
đường thẳng.
2. Định luật phản xạ ánh sáng: i = i’
3. Định luật khúc xạ ánh sáng:
n1sini = n2sinr
Hiện tượng phản xạ toàn phần: n1 > n2
sinigh = n2/n1, i > igh
Chiết suất tuyệt đối của môi trường
II. Cơ sở của quang học sóng
Thuyết điện từ về ánh sáng của Maxwel
- ánh sáng là sóng điện từ, sóng ánh sáng là sóng ngang
- Khi truyền đến mắt, véc tơ E tác dụng lên võng mạc gây
ra cảm giác sáng, do đó véc tơ E là véc tơ sáng.
- Tập hợp ánh sáng có bước sóng 0,4µm đến 0,7µm tạo
thành ánh sáng trắng
2. Quang lộ: Xét hai điểm A, B cách nhau r trong môi
trường chiết suất n
Quang lộ giữa hai điểm AB là: L = nr
Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường chiết suất n1,n2,..
thì quang lộ:
4. Hàm sóng ánh sáng: Xét sóng ánh sáng phẳng đơn sắc,
truyền đi theo trục y với vận tốc v trong môi trường chiết
suất n.
Gỉa sử tại O phương trình dao động sáng:

Tại M cách O một khoảng r phương trình dao động sáng:




6. Cường độ sáng: I = kA2 = A2



5. Nguyên lý chồng chất sóng: Khi có 2 hay nhiều sóng gặp
nhau thì từng sóng riêng biệt không bị các sóng khác làm
nhiễu loạn. Sau khi gặp nhau các sóng truyền đi như cũ, tại
chỗ gặp nhau dao động sáng bằng tổng các dao động sáng
thành phần.
6. Nguyên lý Huygens: Mỗi điểm trong không gian nhận
ánh sáng từ nguồn thực truyền đến đều trở thành nguồn
phát sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó.
GIAO THOA SÁNH SÁNG
I.Định nghĩa: Là hiện tượng gặp nhau của 2 hay nhiều sóng
ánh sáng kết hợp, kết quả trong miền giao thoa xuất hiện các
vân sáng và tối xen kẽ nhau.
II. Khảo sát hiện tượng giao thao sánh sáng
1.Điều kiện cực đại, cực tiểu giao thoa
Xét hai nguồn sóng ánh sáng kết hợp phát ra ánh sáng đơn
sắc bước sóng λ
Phương trình dao động tại S1 và S2
Tại M nhận được hai dao động sáng:




Điều kiện cực đại giao thoa:

Điều kiện cực tiểu giao thoa:






2. Vị trí vân giao thoa
Xét hệ thống đặt trong không khí:
L2 - L1= r2- r1


Vị trí vân sáng:


Vị trí vân tối


Khoảng vân



Giao thoa gây bởi bản mỏng
I.Giao thoa do phản xạ
Thí nghiệm Lloyd:
Khi phản xạ trên môi trường chiết quang hơn môi trường
chứa tia tới quang lộ của tia phản xạ dài thêm một đoạn
λ/2
II. Giao thoa gây bởi bản mỏng có độ dày thay đổi


III. Giao thoa gây bởi bản mỏng có cùng độ dày
IV.Giao thoa gây bởi nêm không khí
Đó là lớp không khí hình nêm giới hạn giữa hai bản thủy
tinh phẳng đặt nghiêng với nhau một góc α rất nhỏ
Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc
song song vuông góc với mặt dưới
của nêm.
Tại điểm M ở mặt trên của nêm có
sự gặp nhau của hai chùm tia kết hợp
Hiệu quang lộ của hai tia:

Bề dày của lớp không khí tại đó có vân tối:

Điều kiện cực đại giao thoa:

Bề dày của lớp không khí tại đó có vân sáng:


Vân giao thoa là những đường thẳng song song với cạnh
nêm, tại cạnh nêm là vân tối


V. Vân tròn Newton: Một thấu kính phẳng – lồi đặt tiếp xúc
với tấm thủy tinh phẳng
Chiếu một chùm tia sáng đơn sắc song song vuông góc với
bản thủy tinh, các tia phản xạ ở mặt trên và mặt dưới của bản
mỏng giao thoa với nhau.
Bề dày của lớp không khí tại đó có vân tối:


Bề dày của lớp không khí tại đó có vân sáng:


Do tính chất đối xứng nên vân giao thoa là những vòng tròn đồng tâm
Bán kính vân tối thứ k

Ứng dụng của hiện tượng giao thao ánh sáng
I.Kiểm tra các mặt kính phẳng và lồi
II. Khử phản xạ trên các mặt kính
Phủ lên tấm thủy tinh một màng mỏng
trong suốt bề dàyd, chiết suất n sao
cho nkk< n Hiệu quang lộ của hai tia phản xạ:


Độ dày nhỏ nhất của bản mỏng:



IV. Giao thoa kế Rayleigh (Rêlây)




Khi thay một trong hai ống bằng chất lóng có chiết suất n
cần nghiên cứu thì hiệu quang lộ của hai tia thay đổi một
lượng:

Hệ vân dịch chuyển m vân

Chiết suất của chất lỏng:



V. Giao thoa kế Michelson ( Maikenxơn)







Dịch chuyển gương G2 song song với chính nó dọc theo tia
sáng một đoạn ℓ, hệ vân dịch chuyển m vân thì:
ΔL = 2ℓ = mλ


VI. Thí nghiệm Michelson
Vận tốc trái đất so với mặt trời
là v = 3.104m/s
Theo cơ học cổ điển vận tốc ánh sáng
đối với hệ quy chiếu trái đât theo
phương chuyển động c׀׀ = c± v,
theo phương vuông góc chuyển
động trái đất là v┴ = c
Gọi G1P = G2P= ℓ
Thời gian ánh sáng đi đoạn PG2P là t2



Vì β rất nhỏ nên
Trong thời gian đó đối với hệ quy chiếu mặt trời tia sáng đi
được đoạn 2ℓ’. Do đó:


Hiệu quang lộ 2 tia PG1P và PG2P
δ1 = L1- L2= c(t1 - t2) = -ℓβ2
Sau đó quay giao thoa kế 900 thì tia PG1 đến PG2, tia PG2
nằm theo phương PG1
Hiệu quang lộ 2 tia này: δ2 = ℓβ2
Hiệu quang lộ đã thay đổi δ2- δ1= 2 ℓβ2
Hệ vân dịch chuyển:
Khúc xạ
Phản xạ toàn phần
Sợi quang
Đường truyền tia sáng
Tạo ảnh qua thấu kính
Giao thao kế 1
Sóng điện từ
Giao thoa kế 2