Phần 2: HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO PHẢN XẠ

I. Thí nghiệm Malus

v Mô tả:

Hình 2.4. Mô hình thí nghiệm Malus

ü M₁, M₂: gương phẳng giống hệt nhau, mặt sau bôi đen.

ü E: màn ảnh

ü Tia tới SI tới M₁ góc tới 57⁰

ü Màn E hứng tia phản xạ IJ

v Tiến hành:

+ Giữ tia tới SI cố định, quay gương M₁ xung quanh tia tới SI với góc tới 57⁰ không đổi → Cường độ của tia phản xạ IJ không đổi.

+ Giữ tia tới IJ cố định, quay gương M₂ quay phương của tia tới IJ với góc tới 57⁰ không đổi.

Quan sát cường độ tia phản xạ JR trên màn E, ta thấy:

- Cường độ tia phản xạ JR trải qua những cực đại và những cực tiểu triệt tiêu.

- Khi 2 mặt phẳng chính: SIN₁ và IJN₂ song song trùng nhau ứng với A₁ và A₃ trên màn E thì cường độ tia phản xạ cực đại.

- Khi 2 mặt phẳng tới vuông góc nhau ứng với điểm A₂ và A₄ thì cường độ tia phản xạ triệt tiêu.

+ Lặp lại TN với góc tới khác 57⁰ thì cường độ cực tiểu không triệt tiêu.

v Giải thích:

- Tia tới SI do nguồn phát ra là ánh sáng tự nhiên nên vécto chấn động đối xứng quanh phương truyền

ð Cường độ của tia phản xạ IJ tỉ lệ với hình chiếu của các vécto lên mặt phẳng của gương M₁

- Khi quay gương M₁ hình chiếu này không thay đổi nên cường độ tia phản xạ IJ không đổi.

- Hiện tượng phản xạ trên gương M₁ biến tia phản xạ IJ thành ánh sáng phân cực thẳng:

- Cường độ của tia phản xạ JR tỉ lệ với hình chiếu lên mặt phẳng của gương M₂. Khi ta quay gương M₂, hình chiếu này thay đổi nên cường độ của tia phản xạ JR thay đổi. Trải qua những cực đại, cực tiểu triệt tiêu.

- Nếu góc tới khác 57⁰ thì tia phản xạ IJ là ánh sáng phân cực elip.

v Kết luận:

- Hiện tượng phản xạ ánh sáng trên gương M₁ đã biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực → gọi là phân cực ánh sáng do phản xạ.

- Gương M₁: kính phân cực

- Gương M₂: kính phân tích (cho biết ánh sáng IJ là ánh sáng gì)

II. Định luật Brewster

Hình 2.5. Hình vẽ mô tả sự phân cực do phản xạ trên tinh thể trong suốt – Định luật Brewster

Khi có hiện tượng ánh sáng từ môi trường có chiết suất n trên môi trường có chiết suất n’ → tia phản xạ là ánh sáng phân cực hoàn toàn. Khi đó góc tới thoả mãn điều kiện:

(i_B là góc Brewser)

Với thí nghiệm Malus: n= 1, n’= 1.5

v Định luật:

“ Khi góc tới là góc Brewster thì tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc nhau”

Hình 2.6. Hình vẽ mô tả sự phân cực do phản xạ

III. Khảo sát lý thuyết về phân cực ánh sáng do phản xạ

v Xét sóng điện từ phân cực thẳng tới một mặt lưỡng chất của hai môi trường có chiết suất n và n’ (giả sử n’>n)

+ Xét trường hợp véc tơ điện của sóng tới nằm trong mặt phẳng tới

Với:

(công thức Fresnel)

Hệ số phản chiếu:

Với I_p và I_t là cường độ ánh sáng tới và áng sáng phản xạ.

+ Xét trường hợp véc tơ điện của sóng tới thẳng góc với mặt phẳng tới

Hệ số phản chiếu:

v Ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên

Ánh sáng này gồm các sóng phân cực thẳng phân bố theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng.

Hệ số phản xạ:

v Trường hợp góc tới là góc Brewster:

Ánh sáng phản xạ là ánh sáng phân cực thẳng có phương dao động thẳng góc với mặt phẳng tới

v Trường hợp góc tới không là góc Brewster:

→ ánh sáng phản xạ véc tơ dao động sáng có cả hai thành phần thẳng góc và song song với mặt phẳng tới, do đó chỉ phân cực một phần

IV. Độ phân cực

Là đại lượng dùng để đặc trưng cho mức độ phân cực của ánh sáng phân cực

Xét ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên, có thể coi ánh sáng tới này là tạo bởi hai thành phần vuông góc có cường độ bằng nhau () nhưng không kết hợp về pha. Ánh sáng phản xạ cũng gồm hai thành vuông góc không kết hợp về pha nhưng có cường độ khác nhau ()

Tỉ số cường độ của hai dao động thành phần:

Độ phân cực của một chùm tia sáng:

+ Với chùm phản xạ:

I_p1: cường độ ánh sáng ứng với thành phần song song với mặt phẳng tới

I_p2: cường độ ánh sáng ứng với thành phần vuông góc với mặt phẳng tới

— Chùm tia tới thẳng góc với mặt lưỡng chất:

→ ánh sáng phản xạ là ánh sáng tự nhiên

— Tia tới lướt trên mặt lưỡng chất:

góc khúc xạ giới hạn

→ ánh sáng phản xạ là ánh sáng tự nhiên

— Tia tới đến mặt lưỡng chất dưới góc tới Brewser:

→ ánh sáng phản xạ phân cực hoàn toàn