Chương 4 Giao thoa ánh sáng

GIÁO TRÌNH VẬT LÝ 2 Những ví dụ về giao thoa ánh sáng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Khoảng năm 1803, Thomas Young đã tiến hành một thí nghiệm giao thoa ánh sáng.  Váng dầu trên mặt nước, bong bóng xà phòng dưới ánh sáng mặt trời có màu sắc sặc sỡ, … Tổng hợp sóng ánh sáng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển    1 01 1 1u a cos t    2 02 2 2u a cos t O1 M O2          1 1M 1M 1 1 1 2 L u a cos t          2 2M 2M 2 2 2 2 L u a cos t   M 1M 2M u u u Tổng hợp sóng ánh sáng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Biên độ sáng tại M                                2 2 M 1M 2M 1M 2M 2 1 1 2 1 2 2 1 a a a 2a a cos 2 L 2 L t  Cường độ sáng tại M      M 1 2 1 2I I I 2 I I cos Cường độ sáng tại M Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Theo kết quả trên ta có:                                M 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 I I I 2 I I cos 2 L 2 L t  Trường hợp      t cos 0    1 2   M 1 2 I I I Cường độ sáng tại M Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Theo kết quả trên ta có:                                M 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 I I I 2 I I cos 2 L 2 L t  Trường hợp          1 2, t t cos 0    1 2   M 1 2 I I I nhưng hai nguồn độc lập nhau Cường độ sáng tại M Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển                     M 1 2 1 2 2 1 I I I 2 I I cos 2 2 . L L L  Trường hợp hai nguồn giống hệt nhau  Trong trường hợp này cường độ sáng tại mỗi điểm phụ thuộc vào hiệu quang lộ của hai tia sáng tại điểm đó, tức là các điểm khác nhau sẽ có thể có cường độ sáng lớn nhỏ khác nhau. Do đó ta thu được hình ảnh giao thoa ánh sáng.  M I L Hình ảnh giao thoa Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển        MmaxI cos 1 k2 Cực đại giao thoa:   L k   Mmax 1 2 1 2I I I 2 I I                 Mmin 1 I cos 1 k 2 2  Cực tiểu giao thoa:          1 L k 2    min 1 2 1 2 I I I 2 I I Giao thoa ánh sáng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Để có giao thoa ánh sáng thì ánh sáng phải kết hợp, tức là có độ lệch pha không phụ thuộc thời gian. Để có được điều đó thì các ánh sáng phải phát ra từ một nguồn sáng.  Điều kiện của cực đại giao thoa (điểm sáng nhất):   L k  Điều kiện của cực tiểu giao thoa (điểm tối nhất):          1 L k 2 Hệ giao thoa ánh sáng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Giao thoa của nguồn sáng hẹp (Khe Young, Gương Fresnel, …). Còn gọi là hệ vân không định xứ. Hệ giao thoa ánh sáng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Giao thoa của nguồn sáng rộng (Vân tròn Newton, Nêm không khí, …). Còn gọi là giao thoa bản mỏng hay Hệ vân định xứ. Giao thoa của hai nguồn sáng hẹp Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển     1 2u u acos t   na L x D   D x k na         1 D x k 2 na   D i na a D O M(x) x (n) O1 O2 Giao thoa của nguồn sáng rộng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển       2 2 PX L 2d n sin i 2I J K(1) (n) (1) d i    2 2TQL 2d n sin i Nêm không khí Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển         PX L 2d 2 .x 2 2  d x x O     d x.sin x          max 1 x k 2 2    min x k 2    i 2 Vân tròn Newton Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển        2 PX r L 2d 2 R 2          max 1 r R k 2    min r R k d r       2 2 rr d 2R d 2Rd 2d R Ứng dụng của giao thoa ánh sáng Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển  Giao thoa ánh sáng là cơ sở thực nghiệm chứng tỏ sự đúng đắn của lý thuyết sóng ánh sáng.  Giao thoa ánh sáng được dùng trong các phép đo chính xác cao: đo chiết suất (đặc biệt với chất lỏng hoặc chất khí), đo bước sóng, đo độ dày (khoảng cách), …  Giao thoa ánh sáng là cơ sở của nhiều ứng dụng như màng khử phản xạ ở bề mặt các dụng cụ quang học, chụp ảnh ở phimmàu, cơ sở của hình ảnh 3D, …