Giáo trình Vật lý 2 - 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,