Giáo trình Vật lý 2 - Chương 3: Cơ sở quang học cổ điển

GIÁO TRÌNH VẬT LÝ 2
Quang học
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
 Quang học là một ngành của Vật lý nghiên cứu về ánh sáng,
về sự lan truyền của ánh sáng trong các môi trường và các
hiện tượng liên quan.
 Quang hình học dựa trên khái niệm tia sáng và các kiến
thức về hình học, phần này đã có những ứng dụng rất đáng
kể cho đến tận ngày nay.
 Quang học sóng dựa trên lý thuyết sóng để nghiên cứu ánh
sáng, có những thành tựu lớn như tính toán trong hiện
tượng giao thoa, nhiễu xạ, 
 Quang học lượng tử dựa trên lý thuyết về hạt ánh sáng, có
những thành tựu lớn trong vật lý hiện đại như quang điện,
compton, 
Cơ sở của quang học sóng
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
 Dựa trên lý thuyết điện từ về ánh sáng, mỗi tia sáng đơn sắc
là một sóng điện từ phẳng đơn sắc truyền dọc theo tia sáng.
 Ánh sáng nhìn thấy là những sóng điện từ có bước sóng
nằm trong khoảng từ 400nm đến 760nm.
Hàm sóng ánh sáng
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
 Sóng ánh sáng có hai thành phần là điện trường và từ
trường, tuy nhiên chỉ có thành phần điện trường gây cảm
giác sáng, do đó nó được gọi là dao động sáng.
 Ánh sáng tự nhiên là ánh sáng không phân cực do đó ta có
thể dùng một hàm vô hướng để biểu diễn ánh sáng, được
gọi là hàm sóng ánh sáng:
 u a.cos t  
2 2I a I a 
Hàm sóng ánh sáng tại một điểm
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
 u a.cos t  
Sóng ánh sáng truyền từ nguồn O tới một điểm M 
M M
2
u a .cos t nd
  
   
 
O
M
d,n
Đặt L nd gọi là quang lộ của tia sáng từ O đến M 
M M
2 L
u a .cos t
  
   
 
Quang lộ
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
 Quang lộ của tia sáng giữa hai điểm là độ dài quãng đường
áng sáng truyền được trong chân không trong cùng khoảng
thời gian ánh sáng truyền giữa hai điểm đó.
AB
L n.AB nd 
A B
d
 Việc định nghĩa ra khái niệm quang lộ có ý nghĩa về mặt
tính toán, nó làm cho biểu thức của hàm sóng ánh sáng trở
nên đơn giản hơn.
Sự gián đoạn của quang lộ do phản xạ
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
 Khi phản xạ, sóng phản xạ có thể cùng pha hoặc ngược pha
với sóng tới. Do đó người ta tính bù sự lệch pha này vào
quang lộ.
AB
L n.AI n.IB 
Nếu n n' :
AB
L n.AI n.IB
2

  
Nếu n n' :
Quang lộ trong môi trường bất kỳ
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
 Nếu từ A đến B ánh sáng truyền liên tiếp qua nhiều môi
trường đồng nhất thì ta có:
AB i i
i
L n d
 Nếu từ A đến B ánh sáng truyền trong một môi trường bất
kỳ và chiết suất biến đổi liên tục thì ta có:
AB
(A B)
L n.d

 
 Trong qúa trình tính toán cần chú ý đến sự gián đoạn của
quang lộ (nếu có).
Một số quy luật liên quan đến quang lộ
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
Nguyên lý Fermat: Ánh sáng truyền giữa hai điểm A và B sẽ đi
theo con đường có quang lộ đạt cực trị.
Định lý Malus: Quang lộ của các tia sáng trong cùng một
chùm sáng giữa haimặt trực giao sẽ bằng nhau.
Nguyên lý độc lập, chồng chất ánh sáng
Vật lý 2 \ Chương 3 – Cơ sở của quang học cổ điển
Nguyên lý về tính độc lập của ánh sáng: Các tia sáng truyền
trong cùng một môi trường luôn độc lập với nhau, chúng
không làm ảnh hưởng tới nhau, khi cắt nhau thì sau điểm cắt
nhau chúng vẫn được truyền đi như cũ.
Nguyên lý chồng chất sóng ánh sáng: Dao động sáng tại điểm
giao nhau của các tia sáng bằng tổng các dao động thành
phần domỗi tia sáng gây ra tại đó.