Khóa Luận: Nghiên Cứu Vật Lý Phân Cực Do Phản Xạ và Phân Cực Màu

Khóa luận tốt nghiệp vật lý: Nghiên cứu hiện tượng phân cực ánh sáng do phản xạ, tập trung vào phân cực màu. Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên vật lý.

• Tác giả: Đỗ Thị Tiếp
• Người hướng dẫn: Trần Văn Tấn
• Trường học: Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Hiện tượng phân cực ánh sáng do phản xạ và hiện tượng phân cực màu
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2000
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Lời nói đầu
• 1. PHẦN I: HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO PHẢN XẠ
• 1.1. I-Thí nghiệm MALUS
• 1.1.1. 1-Dụng cụ thí nghiệm
• 1.1.2. 2-Tiến hành thí nghiệm
• 1.1.3. 3-Giải thích thí nghiệm
• 1.2. II-Thí nghiệm và định luật Brewster
• 1.2.1. 1-Thí nghiệm định luật Brewster
• 1.2.2. 2-Giải thích thí nghiệm
• 1.2.3. 3-Định luật Brewster
• 1.3. III-Khảo sát lý thuyết về sự phân cực do phân chiếu
• 1.3.1. 1-Điều kiện biên của vectơ điện trường
• 1.3.2. 2-Điều kiện biên của vectơ từ trường
• 1.3.3. 3-Khảo sát:
• 1.3.3.1. a)-Trường hợp 1
• 1.3.3.2. b)-Trường hợp 2
• 1.3.3.3. c)-Trường hợp 3
• 1.3.4. 4-Áp dụng :xét ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên
• 1.4. III-Độ phân cực
• 1.4.1. 1-Độ phân cực của chùm tia phan xạ
• 1.4.2. 2-Độ phận cực của chùm tia khúc xạ
• 2. PHẦN II HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC MÀU ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC MÀU
• 2.1. I. Bản tinh thể
• 2.2. II, Khái niệm về sự truyền ánh sáng qua hệ thống nicol phân cực - tinh thể — nicol phân tích
• 2.3. IV. Lý thuyết về sự truyền ánh sáng qua hệ thông nicol phân cực - bản tinh thể — nicol phân tích,
• 2.4. V. Hiện tượng phân cực màu
• 2.4.1. 1. Bộ trí dung cu
• 2.4.2. b, Khảo sát hiện tượng
• 2.4.3. 2. Cách nhận biết màu của hiện tượng phân cực màu dưa vào hiệu quang lô
• 2.5. VI-Khảo sát quang phổ trong hiện tượng phân cực màu.
• 2.6. VII-Ứng dụng của hiện tượng phân cực màu
• 2.7. kết luận chung.
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giải Mã Phân Cực Ánh Sáng Từ Bản Chất Đến Nguyên Lý

Phân cực ánh sáng là một trong những hiện tượng quang học quan trọng nhất, chứng minh bản chất sóng ngang của ánh sáng. Khác với sóng dọc có phương dao động trùng với phương truyền, ánh sáng, với bản chất là một sóng điện từ, có các dao động của vector điện trường (E) và vector từ trường (H) luôn vuông góc với phương truyền sóng. Hiện tượng phân cực mô tả trạng thái định hướng của các dao động này trong không gian. Trong ánh sáng tự nhiên, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời hoặc từ bóng đèn, các vector điện trường dao động theo vô số phương một cách hỗn loạn và ngẫu nhiên, miễn là chúng vuông góc với tia sáng. Điều này tạo ra một sự đối xứng hoàn hảo quanh phương truyền. Tuy nhiên, khi ánh sáng này tương tác với vật chất theo những cách đặc biệt, sự đối xứng đó có thể bị phá vỡ. Ánh sáng sau tương tác chỉ còn dao động theo một phương hoặc một tập hợp các phương ưu tiên nhất định, và được gọi là ánh sáng phân cực. Loại phổ biến nhất là ánh sáng phân cực phẳng (hay phân cực thẳng), trong đó vector điện trường chỉ dao động theo một phương không đổi duy nhất. Sự chuyển đổi từ ánh sáng tự nhiên sang ánh sáng phân cực là nền tảng cho nhiều công nghệ và ứng dụng hiện đại, từ màn hình LCD đến kính râm phân cực. Việc hiểu rõ bản chất của hiện tượng này không chỉ là một vấn đề lý thuyết vật lý, mà còn mở ra khả năng kiểm soát và điều khiển ánh sáng cho các mục đích cụ thể.

1.1. Bản chất sóng ngang và vai trò của vector điện trường

Các thí nghiệm về giao thoa và nhiễu xạ đã khẳng định ánh sáng có bản chất sóng. Tuy nhiên, chúng không thể xác định đó là sóng ngang hay sóng dọc. Hiện tượng phân cực chính là bằng chứng thuyết phục nhất cho bản chất sóng ngang của ánh sáng. Trong một sóng điện từ, vector điện trường E và vector từ trường H luôn dao động vuông góc với nhau và cùng vuông góc với phương truyền. Theo quy ước, phương dao động của sóng ánh sáng được xác định bởi phương dao động của vector điện trường E, vì nó là thành phần tương tác mạnh mẽ nhất với các electron trong vật chất. Khi ánh sáng truyền đi, vector E này sẽ dao động trong một mặt phẳng gọi là mặt phẳng dao động. Sự định hướng của mặt phẳng này quyết định trạng thái phân cực của ánh sáng.

1.2. Phân biệt ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực phẳng

Sự khác biệt cốt lõi giữa ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực phẳng nằm ở tính đối xứng của dao động. Ánh sáng tự nhiên bao gồm vô số sóng thành phần có phương dao động phân bố đều và ngẫu nhiên trên mặt phẳng vuông góc với tia sáng. Vì vậy, không có phương dao động nào được ưu tiên. Ngược lại, ánh sáng phân cực phẳng đã bị giới hạn, chỉ cho phép vector điện trường dao động theo một phương duy nhất. Để tạo ra ánh sáng phân cực từ ánh sáng tự nhiên, cần có một thiết bị hoặc cơ chế đóng vai trò như một 'bộ lọc' phương dao động, chẳng hạn như một kính phân cực (polarizer). Thiết bị này sẽ chặn tất cả các thành phần dao động không song song với trục truyền của nó và chỉ cho thành phần song song đi qua.

II. Bí Quyết Tạo Ánh Sáng Phân Cực Các Phương Pháp Cốt Lõi

Việc tạo ra ánh sáng phân cực từ ánh sáng tự nhiên là một bước thiết yếu trong các ứng dụng quang học. Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện điều này, mỗi phương pháp dựa trên một cơ chế vật lý riêng biệt. Phổ biến nhất là phương pháp phân cực do hấp thụ chọn lọc, được ứng dụng trong các tấm kính Polaroid. Vật liệu này chứa các chuỗi phân tử polymer dài được định hướng song song, có khả năng hấp thụ mạnh các thành phần vector điện trường dao động dọc theo chúng và chỉ cho thành phần vuông góc đi qua. Một cơ chế quan trọng khác là hiện tượng lưỡng chiết, xảy ra trong các tinh thể dị hướng như canxit. Khi ánh sáng tự nhiên đi vào các tinh thể này, nó bị tách thành hai tia phân cực phẳng vuông góc với nhau và truyền đi với tốc độ khác nhau. Hiện tượng này là nguyên lý cơ bản của các thiết bị quang học chính xác như lăng kính Nicol. Ngoài ra, tán xạ Rayleigh cũng là một nguyên nhân gây phân cực. Khi ánh sáng mặt trời tán xạ bởi các phân tử trong khí quyển, ánh sáng tán xạ theo phương vuông góc với tia tới sẽ bị phân cực một phần. Đây là lý do tại sao bầu trời có màu xanh và tại sao các nhiếp ảnh gia sử dụng bộ lọc phân cực (CPL filter) để làm tăng độ tương phản của bầu trời. Cuối cùng, phương pháp phân cực do phản xạ, sẽ được phân tích sâu hơn, là một trong những cách đơn giản và hiệu quả nhất để tạo ra ánh sáng phân cực hoàn toàn.

2.1. Phương pháp phân cực do hấp thụ chọn lọc qua tấm Polaroid

Đây là phương pháp phổ biến nhất trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong kính râm phân cực. Cơ chế phân cực do hấp thụ chọn lọc dựa trên việc sử dụng các vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng khác nhau tùy thuộc vào phương dao động của vector điện trường. Tấm Polaroid, được phát minh bởi Edwin Land, chứa các tinh thể herapathite hoặc các chuỗi phân tử polyvinyl alcohol nhuộm iốt, được kéo căng để định hướng song song. Các chuỗi phân tử này hoạt động như những dây dẫn cực nhỏ, hấp thụ hiệu quả năng lượng của thành phần sóng điện từ có điện trường song song với chúng. Do đó, chỉ có thành phần điện trường vuông góc với các chuỗi phân tử này mới có thể truyền qua, tạo thành ánh sáng phân cực phẳng.

2.2. Hiện tượng lưỡng chiết trong các tinh thể dị hướng

Hiện tượng lưỡng chiết (hay khúc xạ kép) là một đặc tính của các vật liệu quang học dị hướng (ví dụ: canxit, thạch anh). Trong các vật liệu này, chiết suất phụ thuộc vào phương phân cực và phương truyền của ánh sáng. Khi một tia ánh sáng tự nhiên chiếu vào một tinh thể lưỡng chiết, nó sẽ bị tách thành hai tia: tia thường (o-ray) và tia bất thường (e-ray). Cả hai tia này đều là ánh sáng phân cực phẳng, và các phương phân cực của chúng vuông góc với nhau. Tia thường tuân theo định luật khúc xạ thông thường, trong khi đường đi của tia bất thường phức tạp hơn. Hiện tượng này là nền tảng để chế tạo các kính phân cực (polarizer) chất lượng cao như lăng kính Nicol.

III. Hướng Dẫn Phân Tích Phân Cực Ánh Sáng do Phản Xạ

Khi một chùm ánh sáng tự nhiên không phân cực chiếu đến mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt (ví dụ: không khí và thủy tinh), cả tia phản xạ và tia khúc xạ đều bị phân cực một phần. Mức độ phân cực này phụ thuộc vào góc tới. Nhà vật lý David Brewster đã phát hiện ra một điều kiện đặc biệt: tồn tại một góc tới duy nhất, gọi là góc Brewster (iB), mà tại đó tia phản xạ bị phân cực hoàn toàn. Tại góc tới này, thành phần vector điện trường song song với mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới, pháp tuyến và tia phản xạ) bị triệt tiêu hoàn toàn trong chùm tia phản xạ. Do đó, tia phản xạ chỉ chứa thành phần dao động vuông góc với mặt phẳng tới, trở thành ánh sáng phân cực phẳng hoàn hảo. Đồng thời, tia phản xạ và tia khúc xạ cũng tạo với nhau một góc 90 độ. Định luật Brewster không chỉ là một hiện tượng lý thú mà còn là một phương pháp hiệu quả và đơn giản để tạo ra chùm tia phân cực mà không cần đến các bộ lọc phức tạp. Nó giải thích tại sao ánh sáng phản xạ từ các bề mặt như mặt nước hay mặt đường thường gây chói và tại sao kính râm phân cực lại có thể loại bỏ được sự phản xạ này một cách hiệu quả.

3.1. Định luật Brewster và điều kiện phân cực hoàn toàn

Định luật Brewster phát biểu rằng, khi ánh sáng chiếu tới mặt phân cách của hai môi trường điện môi có chiết suất n1 và n2, tia phản xạ sẽ phân cực hoàn toàn nếu góc tới iB thỏa mãn điều kiện: tg(iB) = n2/n1. Tại góc tới đặc biệt này, thành phần của vector điện trường có phương dao động nằm trong mặt phẳng tới sẽ truyền hoàn toàn vào môi trường thứ hai và không bị phản xạ. Tia phản xạ chỉ còn lại thành phần dao động vuông góc với mặt phẳng tới. Một hệ quả quan trọng của định luật là tại góc Brewster, tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau. Thí nghiệm của Malus đã chứng minh điều này bằng cách sử dụng hai gương, trong đó gương thứ nhất đóng vai trò là kính phân cực và gương thứ hai là kính phân tích.

3.2. Cách xác định và ứng dụng của góc Brewster

Việc xác định góc Brewster có ý nghĩa thực tiễn lớn. Ví dụ, đối với ánh sáng truyền từ không khí (n1 ≈ 1) vào thủy tinh (n2 ≈ 1.5), góc Brewster được tính là iB = arctan(1.5/1) ≈ 56.3°. Tương tự, với mặt nước (n2 ≈ 1.33), góc này là khoảng 53°. Nguyên lý này được ứng dụng rộng rãi. Các cửa sổ Brewster được sử dụng trong các hệ laser để tạo ra chùm tia laser phân cực mà không gây mất mát năng lượng do phản xạ. Trong nhiếp ảnh, việc hiểu biết về góc này giúp nhiếp ảnh gia sử dụng bộ lọc phân cực (CPL filter) hiệu quả hơn để loại bỏ phản xạ trên các bề mặt phi kim loại. Bằng cách xoay bộ lọc, họ có thể chặn các dao động của ánh sáng phản xạ phân cực, làm cho mặt nước trở nên trong suốt hoặc giảm độ chói của các bề mặt kính.

IV. Cơ Chế Hoạt Động Của Hiện Tượng Phân Cực Màu Sắc

Hiện tượng phân cực màu là một trong những hệ quả đẹp mắt và phức tạp nhất của quang học, xuất hiện khi ánh sáng phân cực trắng đi qua một vật liệu lưỡng chiết rồi qua một kính phân tích. Khi ánh sáng trắng (tổ hợp của nhiều bước sóng khác nhau) đã được phân cực phẳng đi vào một bản tinh thể dị hướng, nó bị tách thành hai thành phần dao động vuông góc. Do hiện tượng lưỡng chiết, hai thành phần này truyền đi với tốc độ khác nhau, dẫn đến sự chênh lệch về pha (hay hiệu quang lộ) khi chúng ra khỏi bản tinh thể. Độ lệch pha này phụ thuộc vào bề dày của bản tinh thể và bước sóng của ánh sáng. Khi hai thành phần này đi qua kính phân tích thứ hai, chúng giao thoa với nhau. Tại một số bước sóng, chúng giao thoa tăng cường, trong khi ở các bước sóng khác, chúng lại giao thoa triệt tiêu. Kết quả là, một số màu trong quang phổ của ánh sáng trắng bị loại bỏ. Ánh sáng ló ra khỏi hệ thống không còn là màu trắng mà là một màu tổng hợp, được gọi là màu giao thoa. Màu sắc quan sát được phụ thuộc vào bề dày của vật liệu, sự định hướng của nó so với các kính phân cực, và cả hiệu ứng quang đàn hồi khi vật liệu chịu tác động của ứng suất cơ học. Đây là nguyên lý cơ bản của kính hiển vi phân cực.

4.1. Hiệu ứng quang đàn hồi Màu sắc do ứng suất cơ học

Hiệu ứng quang đàn hồi mô tả sự thay đổi tính chất quang học của vật liệu khi nó chịu tác động của lực cơ học. Nhiều vật liệu đẳng hướng trong suốt như thủy tinh hay nhựa, khi bị nén hoặc kéo, sẽ trở nên lưỡng chiết tạm thời. Mức độ lưỡng chiết tỷ lệ thuận với mức độ ứng suất bên trong vật liệu. Khi đặt vật liệu này giữa hai kính phân cực chéo nhau và chiếu sáng bằng ánh sáng trắng, các vùng có ứng suất khác nhau sẽ tạo ra các hiệu quang lộ khác nhau. Điều này dẫn đến sự xuất hiện của các dải màu sặc sỡ, tương ứng với bản đồ phân bố ứng suất bên trong vật thể. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật để kiểm tra các khuyết tật, phân tích các điểm chịu lực trong các mô hình kết cấu trước khi chế tạo thực tế.

4.2. Khảo sát quang phổ và sự triệt tiêu các thành phần màu

Để hiểu rõ hơn về phân cực màu, người ta tiến hành khảo sát quang phổ của ánh sáng sau khi đi qua hệ thống. Theo tài liệu nghiên cứu, cường độ của một thành phần đơn sắc sau khi ra khỏi kính phân tích phụ thuộc vào hiệu pha theo công thức liên quan đến sin²(δ/2) hoặc cos²(δ/2), với δ là hiệu pha. Điều kiện để một màu có bước sóng λ bị triệt tiêu hoàn toàn (vạch tối trong quang phổ) là hiệu quang lộ δ bằng một số nguyên lần bước sóng (δ = kλ). Ngược lại, màu sắc sẽ được tăng cường cực đại khi hiệu quang lộ bằng một số lẻ lần nửa bước sóng. Vì hiệu quang lộ không đổi đối với một bản tinh thể nhất định, nhưng bước sóng λ thay đổi, nên chỉ một số màu nhất định sẽ bị loại bỏ hoặc tăng cường, tạo ra màu tổng hợp quan sát được.

V. Top Ứng Dụng Của Phân Cực Ánh Sáng Trong Đời Sống

Hiện tượng phân cực ánh sáng không chỉ là một khái niệm vật lý trừu tượng mà còn là nền tảng của vô số công nghệ tiên tiến. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là công nghệ màn hình LCD (Liquid Crystal Display) có mặt trên TV, máy tính và điện thoại thông minh. Các tinh thể lỏng có khả năng thay đổi phương phân cực của ánh sáng đi qua khi có điện áp đặt vào. Bằng cách đặt lớp tinh thể lỏng giữa hai kính phân cực (polarizer), người ta có thể điều khiển việc ánh sáng có đi qua được hay không, từ đó tạo ra các điểm ảnh sáng hoặc tối. Trong nhiếp ảnh, bộ lọc phân cực (CPL filter) là một công cụ không thể thiếu. Nó giúp loại bỏ các phản xạ không mong muốn từ bề mặt nước, kính, làm tăng độ bão hòa màu của bầu trời bằng cách lọc ánh sáng tán xạ bị phân cực. Kính râm phân cực hoạt động theo nguyên tắc tương tự, chúng được thiết kế để chặn ánh sáng phản xạ phân cực theo phương ngang từ các bề mặt như đường nhựa hoặc mặt nước, giúp giảm chói và tăng cường sự thoải mái cho mắt. Trong khoa học, kính hiển vi phân cực là công cụ mạnh mẽ trong địa chất và khoáng vật học để xác định các loại khoáng chất dựa trên các đặc tính quang học của chúng, chẳng hạn như hiện tượng lưỡng chiết. Ngành hóa học sử dụng hiện tượng hoạt tính quang học – khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của một số phân tử – để phân tích nồng độ dung dịch, điển hình là đường.

5.1. Công nghệ màn hình LCD và vai trò của kính phân cực

Nguyên lý hoạt động của màn hình LCD hoàn toàn dựa trên sự điều khiển phân cực ánh sáng. Mỗi pixel trên màn hình LCD bao gồm một lớp tinh thể lỏng kẹp giữa hai tấm kính phân cực đặt vuông góc với nhau. Ánh sáng từ đèn nền ban đầu không phân cực, sau khi đi qua kính phân cực thứ nhất, nó trở thành ánh sáng phân cực phẳng. Lớp tinh thể lỏng, dưới tác động của điện trường, có thể xoắn và làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng này. Khi không có điện áp, tinh thể lỏng xoắn 90 độ, làm ánh sáng quay theo và đi qua được kính phân tích thứ hai, tạo ra điểm ảnh sáng. Khi có điện áp, cấu trúc xoắn bị phá vỡ, ánh sáng không bị quay và bị chặn lại, tạo ra điểm ảnh tối.

5.2. Kính râm phân cực và bộ lọc CPL trong nhiếp ảnh

Kính râm phân cực được thiết kế để chống chói hiệu quả. Ánh sáng mặt trời phản xạ từ các bề mặt nằm ngang (mặt đường, mặt hồ) bị phân cực mạnh theo phương ngang. Trục truyền của kính râm phân cực được đặt theo phương thẳng đứng, do đó nó sẽ chặn gần như toàn bộ thành phần ánh sáng chói này, chỉ cho ánh sáng hữu ích đi qua. Tương tự, bộ lọc phân cực (CPL filter) trong nhiếp ảnh phân cực cho phép nhiếp ảnh gia kiểm soát các phản xạ. Bằng cách xoay bộ lọc, họ có thể chọn lọc và loại bỏ ánh sáng phân cực từ các góc độ khác nhau, giúp làm nổi bật chi tiết dưới mặt nước, giảm độ bóng trên lá cây, và làm cho bầu trời trở nên xanh thẳm hơn.

VI. Tổng Kết Về Phân Cực Ánh Sáng Triển Vọng Tương Lai

Từ các thí nghiệm kinh điển của Malus và Brewster đến những ứng dụng công nghệ cao, hiện tượng phân cực ánh sáng đã khẳng định vai trò không thể thiếu trong khoa học và kỹ thuật. Nghiên cứu về phân cực do phản xạ đã cung cấp một phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả để tạo và phân tích ánh sáng phân cực, đặt nền móng cho việc chế tạo các công cụ quang học. Trong khi đó, phân cực màu mở ra một lĩnh vực nghiên cứu phong phú về tương tác giữa ánh sáng và vật chất dị hướng, dẫn đến sự ra đời của các kỹ thuật phân tích vật liệu mạnh mẽ như kính hiển vi phân cực và quang đàn hồi. Tài liệu gốc đã khảo sát chi tiết các cơ sở lý thuyết, từ điều kiện biên của các vector điện trường và từ trường, các công thức Fresnel, cho đến việc phân tích quang phổ màu. Các kết quả này cho thấy sự hiểu biết sâu sắc về bản chất sóng điện từ của ánh sáng. Trong tương lai, các công nghệ dựa trên phân cực ánh sáng hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển. Các vật liệu siêu vi (metamaterials) mới có thể được thiết kế để điều khiển trạng thái phân cực của ánh sáng ở cấp độ nano, mở đường cho các thiết bị quang tử nhỏ gọn hơn, màn hình thế hệ mới với hiệu suất năng lượng cao hơn, và các hệ thống truyền thông quang học có dung lượng lớn hơn.

6.1. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính từ tài liệu

Tài liệu nghiên cứu đã hệ thống hóa thành công các khía cạnh lý thuyết và thực nghiệm của hiện tượng phân cực ánh sáng do phản xạ và phân cực màu. Các kết quả chính bao gồm: việc giải thích thí nghiệm Malus và định luật Brewster dựa trên bản chất sóng ngang của ánh sáng; việc thiết lập các công thức Fresnel từ điều kiện biên của trường điện từ để tính toán cường độ các thành phần phân cực; và việc phân tích cơ chế tạo màu giao thoa khi ánh sáng phân cực đi qua hệ thống kính phân cực - bản tinh thể - kính phân tích. Tài liệu cũng nhấn mạnh các ứng dụng thực tiễn quan trọng, liên kết chặt chẽ lý thuyết vật lý với các công nghệ như màn hình LCD và phân tích ứng suất vật liệu.

6.2. Hướng phát triển của công nghệ quang học phân cực

Trong tương lai, lĩnh vực quang học phân cực sẽ tập trung vào việc thu nhỏ hóa thiết bị và tăng cường khả năng kiểm soát ánh sáng. Các nghiên cứu về plasmonics và siêu vật liệu đang mở ra khả năng tạo ra các bộ kính phân cực (polarizer) siêu mỏng, hiệu quả cao cho các thiết bị tích hợp. Ngoài ra, việc sử dụng các trạng thái phân cực phức tạp hơn như phân cực tròn và elip trong truyền thông quang học có thể tăng mật độ thông tin. Trong y sinh, kỹ thuật chụp ảnh phân cực đang được nghiên cứu để phát hiện sớm các mô bệnh lý, vì các cấu trúc sinh học khác nhau tương tác với ánh sáng phân cực theo những cách riêng biệt. Những tiến bộ này hứa hẹn sẽ tiếp tục biến những nguyên lý vật lý cơ bản thành các công cụ mạnh mẽ phục vụ cuộc sống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

3316 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SU PHAM TP.HO CHÍ MINH KHOA VAT LY PHAN cực MÀU GVHD : TRẤN VĂN TẤN SVTH : ĐỖ THỊ TIẾP Niên khóa 2000 - “«4« cảx cất «24/3, GVHD: TRAN VAN TẤN Loi c&m on Trong sust thi gian đạc tap ud rén luyén miét mat & 2242 duting Dai Woe đã gúú@ cha em tich luy được mbt ubu hin thite ud whing hi ning sua pham cả« thitt che cing tác gidng day. Udy la k điệu thee. ir than 2⁄44 nhiing gì cá được ugay him nay, đá chinh la nhé cdug lao day da của thay cả. Chink Thay (24 da trugin dat cha em nhiing hién thit, by nding va nhiing kink nghiim guy bdo gitife em ty tin han trong ua¿ trà mdi tiết bute dự ughitfe tiêu.

liéng caa cd cua thay cá. Dé (à sự nghiéfe trang nguti. Cing las day dễ đá khong gi din 4á, “Tước tiêu em vin chan rin chin thank gắt lei cam on din guy Ban. guy Thay cô trong “Tường Dat Woe Su Pham đặc biét la quy thdy cá trong hhoa uật ly dd tas điệu hiin thudn let ciing xÁ« che gian thie điệu ludn vin sả.

“2 din em rin chan thank cảm om thay Trdn “lăn Tan da tậu tink Áo dan, otis dé em đoàn thank tất ludn van xảy. cũng whe trong gud trinh (ợc đệm ludn ude. Sith uién Da The “7z SVTH : BO THỊ TIẾP Trang | Ludn cả» tất nghi GVHD: TRẤN VAN TẤN Poi Noi Deu Vật lý học là | trong những môn khoa học mà chúng ta có học dén suối đời cũng không thể nào biết hết. hiểu hết được.

Thể giới vat lý muốn hình muốn vẽ. Nó như | bức tranh mở ra trước mất con người những sự vật hiện ing tuy rất gan gủi quen thuộc nhưng lại chứa những bí ân luôn thói thúc con người tìm tòi và nghiên cứu. Trong vật lý có nhiều lĩnh vực như : cơ, nhiệt, điện quang. mỏi lĩnh vực nghiên cứu những vấn dé khác nhau và đều thể hiện cái hay riêng mà khi di xâu tìm hiểu vẻ chúng, ta sẽ hiểu rõ hơn bản chất của từng su vật.

hiểu rõ hơn bản chất của từng sự vật. hiện tương, hiểu rõ những vấn đẻ mà trước đây ta luôn dat câu hỏi tai sao và tại sao. ? và thấy được những ứng dụng rất quan trọng của chúng trong đời sống cũng như trong kỹ thuật Tal cả những lĩnh vực trên em đều mong muốn đi sâu và fim hiểu để làm giau them vốn kiến thức của mình. Tuy nhiên trong điều kiện cho phép em đã chọn Quang học với “hiện tượng phân cực ánh sáng do phản xạ và hiện tượng phân cực màu” để làm dé tài nghiên cứu và để hoàn thành khóa học của mình.

Thực tế, Quang học là môn học có mục đích khảo sát bản chất và sự truyền ánh sáng qua mồi trường. Tuy nhiên trong phắn quang hình học chúng ta chỉ mới biết đến quy luật truyền của chùm tỉa sáng cho các môi trường còn bản chất ánh sáng chưa được chú trọng tới. Ta thấy với các điểu kiện chung cho mọi sóng, trong miễn đồng chất của hai chùm tia sáng có xảy ra hiện tượng giao thoa, nhiều xạ. Khi nghiên cứu hiện tương giao thoa ta thấy ánh sáng có bản chất sóng, rối đến hiện tượng nhiều xa cho ta thấy rõ hơn bản chất sóng của ánh sáng.

Tuy vậy hiện tướng giao thoa và nhiều xạ chỉ cho ta thấy bản chất sóng cdu ánh sáng nhưng không xác định được sóng là sóng dọc hay sóng ngang. Trong giới han của đề tài em chỉ trình bay phan lý thuyết vẻ hiện tượng phân cực ánh sáng do phản xa và hiện tương phân cực mau gồm các phan như: SVTH : ĐỖ THỊ TIẾP Trang 2 «4x odm rất «4/24 GVHD : TRAN VAN TẤN Phin 1: Hiện tương phân cực ánh sáng do phản xa [: Thí nghiệm Malus II: Thí nghiệm, định luật Brewster Ill: Khảo sát lý thuyết về su phân cực do phản xa. V: Bỏ phân cực Phan II : Hiện tượng phân cực màu - ứng dụng của hiện tượng phan cực mau I: Nicol Il: Ban tinh thể Ill: Khái niềm về sự truyền ánh sing qua nicol phân cue- tinh thé — nicol phân tích IV : Ly thuyết vẻ sự truyền ánh sáng qua hệ thống nicol phan cực — tỉnh thể — nicol phân tích. V: Hiện tượng phân cực mau VI : Khảo sát quang phổ trong hiện tượng phân cực màu VII: Ứng dung của hiện tương phân cực màu.

Mặc dù có rất nhiều cố gắng nhưng do khả năng và thời gian hạn chế nên luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của quý thấy cô cũng như của các bạn. SVTH : ĐỒ THỊ TIẾP Trang 3 Lun s4x tất ~24/2£ GVHD : TRAN VAN TAN PHU LUG PHANI HIỆN TUGNG PHAN CUC ANH SÁNG DO PHAN XA 1-Thi nghiệm MALUS 1-Dung cu thí nghiệm 2-Tiến hành thi nghiém 3-Giái thích thí nghiém [I-Thí nghiệm và định luật Brewster 1-Thi nghiệm định luật Brewster 2-Giải thích thí nghiệm 3-Dinh luật Brewster III-Khảo sát lý thuyết về sự phân cực do phân chiếu 1-Điểu kiện biên của vectơ điện trường 2-Điều kiện biên của vectơ từ trường 3-Khảo sat: a)-Trường hợp | b)-Trường hợp 2 c)-Trường hợp 3 4-Ap dụng :xét ánh sáng tới là ánh sáng tư nhiên III-Độ phan cực 1-D6 phân cực của chùm tia phan xa 2-Độ phận cực cuya chùm tia khúc xa SVTH: ĐỖ THỊ TIẾP Trang4 Luda odin cốt aghiip GVHD: TRAN VAN TAN PHAN II HIEN TUGNG PHAN CUC MAU UNG DUNG CUA HIỆN TƯỢNG PHAN CỰC MAU 1. Ban tinh thể If, Khái niệm về sự truyền ánh sáng qua hệ thống nicol phân cực - tinh thể — nicol phân tích IV.

Lý thuyết về sự truyền ánh sáng qua hệ thông nicol phân cực - bản tinh thể — nicol phân tích, V. Hiện tượng phân cực màu I. BO trí dung cu b, Khảo sát hiện tượng 2. Cách nhận biết màu của hiện tượng phân cực màu dưa vào hiệu quang lô VI-Khảo sát quang phổ trong hiện tượng phân cực màu.

VII-Ứng dụng của hiện tượng phân cực màu kết luận chung. SVTH : ĐỒ THỊ TIẾP Trong5 Luan s4~ £4£ aghtep GVHD : TRẤN VĂN TẤN PHẦNI HIỆN TUGNG PHAN CUC ANH SANG DO PHAN XA Day là thí nghiệm do ông Malus thực hiện vào đấu thé kỷ XIX để kháo sát hiện tượng phân cực của ánh sáng. Gương phẳng M,,M; mắt sau của gương được bôi den để khử tia phản xạ -Màn ảnh M 3-Tiến hanh thí ngiệm: Bế trí thí nghiệm như hình vẽ: -Chiếu tới gương M, chùm tia sáng tự nhiên SI dưới góc tới I=57” Bỏ gương M; đặt màn M hướng tia phản xa UJ - Quang gương M; Xung quang tỉa tới SI với góc tới l= 57” không đổi thì ta thấy cường đô tia phản xạ U không thay đổi. Điểu đó lại chứng tỏ rằng tia tới SI chính là ánh sáng tự nhiên -Đãt gương M› hứng chùm tia phản xạ l1 từ gương M, và cũng dưới góc tới I=57” tia phản xa cuối cùng (JR) được hứng trên M -Bay gời giữ gương M; cố định, quay gương M; xung quang tia tới lI dưới góc tới i=57” không đổi ta thấy cướng độ tia phản xa JR thay đổi wai qua những qua những cực dai, cực tiểu, cực tiểu triệt tiều Cu thể: + Khi 2 mat phẳng tới (ứng với 2 gương) là : (SH) và ( UR) song song với nhau thì ung độ chùm tia phan xa JR cực đại ứng với 2 vị trí Ay.

Ay trên màn M. SVTH : ĐỒ THỊ TIẾP Trang 6 Ludin vn tất seÁ¿2£ GVHD: TRAN VAN TẤN +Khi 2 mat phẳng tới của gương thẳng góc với nhau thì cudng đó chm ha phan xa triệt tiều ứng với 2 vị trí Ay. Nếu quay M› xung quang tia tới LÍ dưới góc tới ¡<57” thì tại AeA, cường đô của tia phản xạ JR chỉ cực tiếu ( tốt nhâU) chứ không triệt tiều Như vậy ta thấy cướng độ tia phản xa cuối cùng JR phụ thuộc vào góc Œ #fa các tương. 3-Gidi thích thí nghiệm: Chùm tia SI là chùm tia sáng tự nhiên nên chan động sang có tính đối xứng theo tất cả các phương thẳng góc với SI.

Vì vậy khi quay gương M, xung quang SE với góc tới i=57' thì sự quang này không thay đổi cướng độ sáng của tia LÍ Sau khí phản xa trên gương M, ánh sáng LJ không còn tính đổi xứng như chùm tia SI nữa mà là ánh sắng phân cực thẳng Do đó khi quang gương M; xung quanh tia [J với góc tới ¡=57” không doi thì sự quang này có ảnh hưởng đến cường độ sáng của tia phản xa IK Cướng độ sáng của tia phản xa JR thay đối là do vectd chan đông sáng của tia tới 11 không đối xứng. Nén gương My xung quang ta tới 1) sẽ có các vị trí My để ánh sáng phản xạ có cướng độ cực đại và cũng có những vị trí khác của M.dé ánh sáng phản xạ này triệt tiêu. Nếu chiếu chùm tia tới SI tới gương M, đưới góc tới i # 57° thì chùm tia phản xa II là ánh sáng phân cực | phần ( phân cực clip) Do đó khi quang gương M; xung quang tia tới LU) sé có các phương cho ánh sáng phản xa JR có cướởng độ cực đại và có các phương để ánh sáng phản xa JR có cướng đô cực tiểu thôi chứ không triệt tiêu ( vì đối với ánh sáng phân cực | phan ta có sự ưu đãi hơn kém giữa các phương chẩn đông và không có phương chấn đông nào bị khử hoàn toàn) Ta thấy vẻ phương diện cấu tạo gương M, và M: giống hệt nhau nhưng chúng chỉ khác nhau về nhiệm vụ: +Gương M, : có nhiệm vụ biến đổi ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phan cực nén được goi là kính phân cực +Gương M;ạCó nhiệm vụ cho biết ánh sáng tới là ánh sáng phận cực nên goi là kính phân cực. Như vậy ta thấy rằng với thí nghiệm Malus này ta xét góc tới có giá trí i=S7 và khí ¡ = 57" ta có kết quả khác hắn Vậy để hiểu tại sao ta sử dụng giá trị như vậy khi ta xét định luật sau gọi là định luật Brewster.

SVTH : BO THỊ TIẾP Trang 7 Luan vin cất x24/2£ GVHD : TRAN VAN TẤN |-f HÍ NGHIEM VÀ ĐỊNH LUẬT BRCWSTER Chiếu | chùm tia sắng tự nhiên SI vào mặt phân cách hai chất điện môi.