Bài giảng vật lý a2 chương 4

CHƯƠNG IV
PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
ÁNH SÁNG PHÂN CỰC
I. ánh sáng tự nhiên, ánh sáng phân cực
- Ánh sáng tự nhiên là ánh sáng có véc tơ cường độ điện
trường dao động đều đặn theo mọi phương vuông góc với
tia sáng
(a)
Tia sáng
E E

1
Tia sáng
(b)
E
1
-Ánh sáng phân cực toàn phần (hay phân cực thẳng) là ánh
sáng có véc tơ cường độ điện trường chỉ dao động theo một
phương xác định vuông góc với tia sáng.
- Ánh sáng phân cực một phần là ánh sáng có véc tơ 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.
- Mặt phẳng chứa tia sáng và phương dao động của cường
độ điện trường gọi là mặt phẳng dao động, còn mặt phẳng
chứa tia sáng và vuông góc với mặt phẳng dao động gọi là
mặt phẳng phân cực
II. Định luật Malus về phân cực ánh sáng
- Chiếu ánh sáng tự nhiên tới bản tuamalin T
1
( hợp chất

silicôbôrat aluminium) véc tơ E của ánh sáng tự nhiên phân
tích thành 2 thành phần: E
1x
vuông góc với quang trục Δ
1
và
E
1y
song song với quang trục Δ
1
Do véc tơ E phân bố đều nên ta có:
2
y1
2
x1
2
EEE 
22
y1
2
x1
E
2
1
EE 
Thành phần E
1x
bị hấp thụ hoàn toàn, chỉ còn thành phần
E
1y

= E
1
truyền qua T
1
Do đó cường độ sáng sau khi qua T
1
là I
1
Sau T
1
đặt T
2
có quang trục Δ
2
hợp
với Δ
1
một góc α, sau khi đi qua bản
T
2
chỉ còn thành phần E
2
’song song
với Δ
2
, mà E
2
’= E
1
cosα, nên cường

độ sáng sau khi đia qua 2 bản:
0
22
y1
2
11
I
2
1
E
2
1
EEI 

2
1
22
1
2
2
2
cosIcosEEI
Định luật:Khi cho chùm ánh sáng tự nhiên truyền qua hai
kính phân cực và phân tích có quang trục hợp với nhau một
góc α thì cường độ sáng nhận được tỉ lệ với cos
2
α
Có thể dùng bản tuamalin để phân tích ánh sáng tự nhiên hay
phân cực
III. Phân cực do phản xạ và khúc xạ

Khi cho một chùm tia sáng tự nhiên chiếu tới mặt phân cách
giữa hai môi trường dưới góc tới i thì tia phản xạ và khúc
xạ đều thành ánh sáng phân cực một phần
- Tia phản xạ phân cực một phần, véc tơ cường độ điện
trường dao động có biên độ dao động mạnh nhất theo
phương vuông góc với mặt phẳng tới.
Khi thay đổi góc tới sao cho tgi = n
21
thì tia phản xạ phân
cực toàn phần. Góc tới đó gọi là góc tới Brewster
- Tia khúc xạ phân cực một phần, véc tơ cường độ điện
trường dao động có biên độ dao động mạnh nhất theo
phương vuông nằm trong mặt phẳng tới.
Khi thay dổi góc tới thì tia khúc xạ không bao giờ thành
phân cực toàn phần.
PHÂN CỰC DO LƯỠNG CHIẾT
I. Phân cực do lưỡng chiết
Khi chiếu một tia sáng vào một số tinh thể thì tia sáng bị
tách thành hai tia gọi là hiện tượng lưỡng chiết.
Ví dụ tinh thể băng lan
Khi chiếu một tia sáng vào tinh thể băng lan không song
song với quang trục thì bị tách thành 2 tia:
- Tia tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng gọi là tia thường
(tia o), tia thường phân cực toàn phần có véc tơ E vuông
góc với mặt phẳng chính của tia thường (mặt phẳng chứa
tia thường và quang trục)
Tia không tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng gọi là tia
bất thường (tia e), tia bất thường phân cực toàn phần có véc
tơ E nằm trong mặt phẳng chính của nó ( mặt phẳng chứa
tia bất thường và quang trục)

Khi ló ra khỏi tinh thể 2 tia thường và bất thường chỉ khác
nhau về phương phân cực
Chiết suất của tia bất thường phụ thuộc vào phương truyền
của nó, n
e
≤ n
o
, nên v
e
≥ v
o
Ví dụ: Chiếu tia sáng tự nhiên vuông góc với mặt bên
ABCD của tinh thể băng lan
II. Mặt sóng trong môi trường tinh thể đơn trục
Mặt sóng đối với tia thường là mặt cầu
Mặt sóng đối với tia bất thường là mặt elipxoit tròn xoay
Vẽ mặt sóng thực của ánh sáng thường và ánh sáng bất
thường tại cùng một thời điểm.
Nối điểm nguồn thứ cấp với tiếp điểm giữa mặt sóng thứ cấp
và mặt sóng thực ứng với tia o ta được phương truyền của
tia o. Đối với bắt thường tương tự như vậy
Chiếu chùm ánh sáng đơn sắc, song song vuông góc với mặt
tinh thể
Trường hợp 1: quang trục nghiêng một góc nào đó so với
mặt tinh thể
Tia bất thường không vuông góc với mặt sóng của nó
Trường hợp 2: Chùm sáng và quang trục đều vuông góc
với mặt AB của tinh thể.
Vì theo phương của quang trục vận tốc tia thường và tia bất
thường trùng nhau nên mặt sóng tia thường và bất thường

trùng nhau, kết quả tia sáng không bị tách.
Trường hợp 3: Chùm sáng vuông góc với mặt tinh thể còn
quang trục song song với mặt đó.
Tia thường và tia bất thường truyền theo một hướng nhưng
với vận tốc khác nhau.
III. Kính phân cực
1. Bản pôlarôitĐó là kính phân cực làm bằng xenluylôit trên
phủ một lớp tinh thể định hướng sunfat- iôt – kinin, bản này
chỉ dày 0,1mm có thể hấp thụ hoàn toàn tia thường và tạo
thành ánh sáng phâncực toàn phần sau khi đi qua bản đó là
tia bất thường
2. Lăng kính nicol: là khối tinh thể băng lan được cắt theo
Mặt chéo thành hai nửa và dán lại với nhau bằng một lớp
nhựa canađa trong suốt có chiết suất n = 1,55
Ánh sáng tự nhiên SI chiếu song song với CA’ tách thành 2
tia, tia thường có chiết suất no = 1,659 lớn hơn chiết suốt
của lớp nhựa nên đến lớp nhựa bị phản xạ toàn phần và
bị hấp thụ trên lóp sơn đen. Tia bất thường truyền qua lớp
nhựa và ló ra ngoài nicol theo phương song song với tia tới
Nếu chiếu ánh sáng tự nhiên qua hệ 2 nicol thì cường độ
sáng sau khi đi qua 2 nicol cũng tuân theo định luật malus
IV. Phân cực elip
Ánh sáng có đầu mút véc tơ cường độ điện trường chuyển
động trên một elip (hay đường tròn) được gọi là phân cực
elip (hay phân cực tròn).
Chiếu một tia sáng phân cực thẳng vuông góc với mặt trước
của bản tinh thể lưỡng chiết độ dày d, quang trục Δ sao cho
véc tơ E của tia sáng hợp với quang trục Δ một góc α.
Khi đi vào tinh thể tia sáng bị tách thành 2 tia: tia thường o
và tia bất thường e

- Tia thường có véc tơ E
0
vuông góc với quang trục và nằm
trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng
-Tia bất thường e có véc tơ E
e
song song với quang trục
Hiệu quang lộ của 2 tia khi truyền qua bản tinh thể
L
o
– L
e
= (n
o
– n
e
)d
Hiệu pha của 2 tia:
Dao động sáng tổng E hợp sau khi đi qua tinh thể:
Phương trình dao động của đầu mút véc tơ E:
Trong đó A
1
= Asinα, A
2
= Acosα
d)n-n(
2
)L -L(
2
eoeo







eo
EEE 

2
21
2
2
2
2
1
2
sincos
AA
xy2
-
A
y
A
x
1.Bản ¼ bước sóng: Bản tinh thể có độ dày d sao cho:
Hiệu pha của 2 tia:
Phương trình dao động tổng hợp của E:
Đặc biệt α = 45
0

thì A
1
= A
2
Ánh sáng phân cực thẳng sau khi đi qua bản ¼ bước sóng
trở thành phân cực elip hay phân cực tròn
4
)1k2(d)n-n(L
eo


2
)1k2(


1
A
y
A
x
2
2
2
2
1
2

2. Bản ½ bước sóng: Bản tinh thể có độ d sao cho:
Hiệu pha của 2 tia:
Phương trình dao động của E:

Ánh sáng phân cực thẳng sau khi đi qua bản ½ bước sóng
vẫn là ánh sáng phân cực thẳng nhưng mặt phẳng phân cực
đã bị quay đi.
2
)1k2(d)n-n(L
eo







)1k2(
0
A
y
A
x
21

3. Bản một bước sóng
Bản tinh thể có độ dày d sao cho:
Hiệu pha của 2 tia:
Phương trình dao động của E:
Ánh sáng phân cực thẳng sau khi đi qua bản một bước sóng
vẫn là ánh sáng phân cực thẳng như cũ.
2
)1k2(d)n-n(L
eo








)1k2(
0
A
y
A
x
21

V. Lưỡng chiết nhân tạo
1.Lưỡng chiết do biến dạng: Bình thường các chất vô định
hình có tính đẳng hướng, tuy nhiên khi bị biến dạng (nén
hoạc kéo dãn theo một phương nào đó ) chúng trở nên bất
đẳng hướng, phương nén hoặc kéo dãn trở thành quang trục
n
o
– n
e
= Cp
C là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào
bản chất vật, p là áp suất tác
dụng lên vật
Hiệu pha của 2 tia:
 

d
Cp
dnn
eo





22
