Sự phân cực của ánh sáng

Sự phân cực của ánh sáng

(1)
Nội dung nghiên cứu
Sự phân cực là gì?
Mô hình nghiên cứu
Sự phân cực: bản chất & nguyên nhân
Tóm lược lịch sử phát hiện và nghiên cứu hiện tượng
Ứng dụng
Môi trường dị hướng - Tinh thể
Môi trường dị hướng
Tinh thể là gì? - Tinh thể thạch anh và đá băng lan
Hiện tượng lưỡng chiết
Bề mặt sóng trong môi trường dị hướng
Quang trục
Công thức của một ellipsoid tròn xoay
Hình ảnh của các bề mặt sóng
Một vài ví dụ
Sự phân cực là gì?
Mô hình nghiên cứu: dựa trên lý thuyết sóng điện từ (electromagnetic wave theory)
 ánh sáng là sóng điện từ.
Sự phân cực (Polarization): hiện tượng vector dao động bị giới hạn phương dao động.
Ánh sáng tự nhiên: Vector E dao động theo mọi phương
Ánh sáng phân cực: Phương dao động của vector E không còn tính đối xứng xung quanh phương truyền nữa.

Sự phân cực là gì?
Nguyên nhân: do ánh sáng (sóng điện từ) tương tác với môi trường vật chất.
Có nhiều phương pháp làm phân cực ánh sáng:
Phản xạ (Reflection)
Khúc xạ (Refraction)
Sự truyền qua (Transmission)
Tán xạ (Scattering)
Minh họa
Minh họa
Minh họa
Tóm lược lịch sử (1)
Hiện tượng phân cực đã bắt đầu được chú ý và nghiên cứu từ năm 1669, sau đó liên tục thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học.
Các thủy thủ sau chuyến đi đến Iceland, khi quay về Copenhagen đã đem theo các tinh thể trong suốt và xinh đẹp, có những đặc tính lý thú: hình ảnh của một vật khi được nhìn qua những tinh thể này sẽ được nhân đôi.
Tóm lược lịch sử (2)
Năm 1669, nhà toán học, vật lý học người Đan Mạch Erasmus Bartholinus nghiên cứu hiện tượng trên, thực hiện các thí nghiệm và cho xuất bản một tập khảo cứu dày 60 trang mô tả đầy đủ về hiện tượng nhân đôi hình ảnh của một vật khi nhìn vật qua tinh thể
 Tài liệu khoa học đầu tiên về vấn đề phân cực.

Lịch sử nghiên cứu hiện tượng phân cực của ánh sáng
Tóm lược lịch sử (3)
Christiaan Huygens
(1690)
Sir Isaac Newton
(1717)
Thomas Young
(1801)
Etienne-Louis Malus
(1809)
Lịch sử nghiên cứu hiện tượng phân cực của ánh sáng
Tóm lược lịch sử (4)
Dominique Francois Jean Arago
(1811)
David Brewster
(1812)
Jean-Baptiste Biot
(1812)
Ứng dụng
Hiện tượng phân cực hiện diện rộng khắp trong tự nhiên: cầu vồng, ánh sáng phản xạ trên mặt hồ, trên mặt đường,...
Được các sinh vật sử dụng: bạch tuộc, ong,...
Được con người sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày: kính mát, màn hình tinh thể lỏng, kính hiển vi phân cực,...
Tóm tắt
Các phát hiện
về sự phân cực
Nghiên cứu
Ứng dụng
Giải thích
Môi trường dị hướng - Tinh thể
Môi trường dị hướng: môi trường có tính chất thay đổi theo phương. VD: tính đàn hồi, biến dạng trượt, độ cứng, tính dẫn nhiệt, từ tính, quang tính,...
Vật chất tồn tại dưới các trạng thái rắn, lỏng, khí, plasma.
Vật chất ở trạng thái rắn có thể thuộc:
Trạng thái vô định hình:
Trạng thái kết tinh (tinh thể): các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật chất được sắp xếp theo những trật tự xác định, đồng nhất trong không gian.
Phần lớn tinh thể có tính dị hướng.
Vài cấu trúc tinh thể
Tinh thể thạch anh
Tinh thể thạch anh: Quartz
Hợp chất: SiO2
Tinh thể đá băng lan
Tinh thể đá băng lan: Iceland spar, calcite spath
Hợp chất: CaCO3
Hiện tượng lưỡng chiết
Hiện tượng lưỡng chiết: double refraction, birefringence.
Nguyên nhân: do tương tác giữa sóng điện từ và môi trường dị hướng. Một tia sáng truyền qua tinh thể thì trở thành hai tia phân biệt.
Kết quả: có hai ảnh của cùng một vật.
Một số hình ảnh
Hình ảnh (tt)
Bề mặt sóng trong môi trường dị hướng
Khi ánh sáng truyền trong môi trường dị hướng, chúng sẽ truyền với các vận tốc khác nhau theo các phương khác nhau.
Quang trục: những phương đặc biệt trong tinh thể mà ánh sáng khi truyền theo phương này thì giống như khi truyền trong môi trường đẳng hướng.
Tia thường có bề mặt sóng là hình cầu.
Tia bất thường có bề mặt sóng là hình ellipsoid tròn xoay, trục đối xứng tròn xoay là trục quang học.
Công thức của ellipsoid tròn xoay
Hình cầu trong hệ toạ độ Oxyz có dạng:



Ellipsoid tròn xoay trong hệ Oxyz có dạng:

Hình ảnh của các bề mặt sóng
Tia thường: sóng cầu
Tia bất thường: ellipsoid tròn xoay
Bề mặt sóng trong tinh thể dương
Trong tinh thể dương: (thạch anh,...)
no< ne
nên vo > ve
Bề mặt sóng trong tinh thể âm
Trong tinh thể âm: (đá băng lan,...)
no> ne
nên vo < ve
Một vài ví dụ
Vẽ bề mặt sóng của tia thường và tia bất thường trong tinh thể đá băng lan.
Một vài ví dụ
Vẽ bề mặt sóng của tia thường và tia bất thường trong tinh thể đá băng lan.
Củng cố
Khi nhìn một vật qua tinh thể dị hướng, tuỳ theo góc độ ta sẽ thấy hai ảnh của vật. Vậy ta có thể xoay tinh thể để chỉ nhìn thấy một ảnh của vật hay không?
Củng cố
Khi ánh sáng phản xạ trên một bề mặt điện môi như thủy tinh, mặt nước, mặt đường, tuyết,... Ánh sáng sẽ bị phân cực theo hướng .......(song song, vuông góc) với bề mặt phản xạ?
Cặp kính mát nào phù hợp để nhìn thấy rõ các vật trong các ánh sáng phản xạ ấy? (Trục phân cực được biểu diễn bằng các đường sọc)
Tài liệu tham khảo
Microsoft Encarta 2004
www.physicsclassroom.com
http://polarization.com
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html
Tìm kiếm trên www.google.com.vn với từ khóa polarization, iceland spath, quartz, crystal, double refraction, birefringence,...