Phần 3: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DO KHÚC XẠ QUA MÔI TRƯỜNG DỊ HƯỚNG

I. Môi trường dị hướng

- Môi trường đẳng hướng là môi trường khi ánh sáng truyền theo các hướng khác nhau thì có tính chất như nhau

- Môi trường dị hướng là môi trường mà ánh sáng truyền qua theo các hướng khác nhau thì có tính chất khác nhau. Tính chất đó đặc trưng là vận tốc truyền

ð Tổng quát khi chiếu ánh sáng vào một môi trường dị hướng ta có 2 tia khúc xạ:

+ Tia khúc xạ R_o tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng gọi là tia thường.

+ Tia khúc xạ R_e không tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng là tia bất thường

II. Bề mặt sóng thường. Bề mặt sóng bất thường

- Chiếu một chùm tia sáng song song tới bản dị hướng. Các điểm I, I₁,I₂… trở thành nguồn phát sóng thứ cấp.

v Đối với tia thường:

- Các sóng thứ cấp lan truyền theo các hướng khác nhau với cùng vận tốc truyền. Nên sau 1 đơn vị thời gian, các sóng thường lan truyền đến mặt cầu tâm I bán kính v_o là vận tốc thường.

- Mặt cầu này là bề mặt sóng thường

- Mặt phẳng tiếp xúc với các bề mặt sóng con gọi là mặt phẳng sóng thường

Hình 2.7. Hình vẽ bề mặt sóng thường

v Đối với tia bất thường:

Các sóng thứ cấp lan truyền trong không gian theo các hướng khác nhau với những vận tốc truyền khác nhau. Nên sau 1 đơn vị thời gian sóng bất thường lan truyền đến bề mặt có dạng elipsoid

- Elipsoid này là bề mặt sóng bất thường với trục đối xứng là trục quang học.

- Mặt phẳng tiếp xúc với các bề mặt sóng thường gọi là mặt phẳng sóng bất thường

- Nếu cắt bề mặt sóng bất thường theo một mặt phẳng vuông góc với trục quang học → hình tròn

- Nếu cắt bề mặt sóng bất thường theo một mặt phẳng song song với trục quang học → hình elip

III. Vận tốc thường. Vận tốc bất thường

v Vận tốc thường:

- Xét một điểm M trên mặt cầu, nối IM

→ IM= v_o vận tốc thường

v Vận tốc thường:

- Xét 1 điểm bất kì trên bề mặt sóng elipsoid, nối IM

→ tia bất thường R_e

→ IM= v_er vận tốc bất thường theo tia

- Từ M kẻ mặt phẳng tiếp tuyến với elipsoid

- Từ I kẻ đường vuông góc với mặt phẳng tiếp tuyến, chân đường vuông góc là H

→ IH= v_en vận tốc bất thường theo pháp tuyến

→

- Nếu tia R_e vuông góc trục quang học (M nằm trên đường tròn xích đạo):

→ v_er= v_en= v_e = IB vận tốc bất thường chính

- Nếu tia R_e trùng trục quang học:

→ → v_o=IA

IV. Chiết suất

v Chiết suất thường:

v Chiết suất bất thường:

- Chiết suất bất thường theo tia:

- Chiết suất bất thường theo pháp tuyến:

→

V. Phân loại tinh thể:

v Tinh thể dương: v_o> v_e (n_o< n_e): thạch anh

v Tinh thể âm: v_o< v_e (n_o> n_e): đá băng lan

VI. Cách vẽ tia khúc xạ. Cách vẽ Huyghens

v Nguyên tắc: Thực hiện tuần tự các bước sau:

Vẽ tất cả các bề mặt sóng của môi trường tới và khúc xạ
Kéo dài tia tới cắt bề mặt sóng thường của nó tại T_t
Từ T_t kẻ tiếp tuyến với bề mặt sóng
Tiếp tuyết cắt bề mặt ngăn cách 2 môi trường tại N
Từ N kẻ tiếp tuyến với bề mặt sóng của môi trường khúc xạ, tiếp điểm T_k
Nối I với T_k ta có tia khúc xạ

Khúc xạ qua môi trường đẳng hướng:

Khúc xạ qua môi trường dị hướng:

+ Tinh thể dương:

+ Tinh thể âm:

VII. Sự phân cực do khúc xạ qua môi trường dị hướng

Hình 2.14. Hình mô tả sự phân cực qua môi trường dị hướng

v Kết quả thí nghiệm Malus:

Khi ánh sáng phân cực thẳng IJ có véc tơ chấn động sáng vuông góc với mặt phẳng tới (IJN) thì cường độ tia phản xạ JR cực đại nếu nếu véc tơ chấn động sáng trùng mặt phẳng tới (IJN), cường độ tia phản xạ cực tiểu triệt tiêu.

- Chiếu vuông góc vào một bản tinh thể dị hướng bằng thạch anh (v_o > v_e)

→ có 2 tia khúc xạ: R_o và R_e

- Hứng hai chùm tia ló trên gương phẳng M, sao cho góc tới i=57⁰

- Quay gương M xung quanh tia tới với góc 57⁰ không đổi. Quan sát cường độ của hai chùm tia ló.

→ cường độ ánh sáng trải quan những cực đại và cực tiểu, cực tiểu bị triệt tiêu.

→ R_o và R_e là ánh sáng phân cực thẳng

- Khi cường độ của tia R_o đạt cực đại thị cường độ của tia R_e cực tiểu, bị triệt tiêu và ngược lại

→ Phương chấn động của R_o và R_e vuông góc nhau

- Ta thấy ở vị trí mặt phẳng hình vẽ khi mặt phẳng tới (R_oJN) nằm trong mặt phẳng hình vẽ thì cường độ tia phản xạ R_o cực đại và R_e triệt tiêu

Vậy: Véc tơ chấn động sáng của R_o vuông góc với mặt phẳng tới và véc tơ chấn động sáng của R_e nằm trong mặt phẳng tới.

Véc tơ chấn động sáng của tia thường thì vuông góc mặt phẳng chính

Véc tơ chấn động sáng của tia bất thường thì nằm trong mặt phẳng chính

VIII. Các loại kính phân cực

Kính phân cực bao gồm: Nicol, Tourmaline, Poraloid.

Đó là những bản tinh thể dị hướng có đặc tính hấp thụ tia thường hay khử tia thường bằng hiện tượng phản xạ toàn phần.

Khi chiếu một chùm tia sáng tự nhiên tới kính phân cực thì ta được một chùm tia ló là tia bất thường là ánh sáng phân cực thẳng có véc tơ chấn động sáng nằm trong mặt phẳng chính.

v Nicol:

- Là một trong những loại kính phân cực phổ biến nhất, gồm hai lăng kính bằng tinh thể đá thạch anh dán lại với nhau bằng một lớp nhựa thơm Canada có chiết suất n = 1,550

- Khi chiếu chùm ánh sáng tự nhiên tới Nicol thì bị tách thành tia thường và tia bất thường, nhưng đến lớp Cnada tia thường bị phản xạ toàn phần, nên chỉ có tia bất thường đi qua Nicol

- Khi rọi một chùm ánh sáng tự nhiên qua Nicol thì sau Nicol ta được một chùm ánh sáng phân cực hoàn toàn có véc tơ điện trường dao động trong mặt phẳng chính của tia bất thường

+ Nếu hai Nicol có mặt phẳng chính hợp với nhau góc thì cường độ sáng sau khi qua bản (2) là I₂= I₁

+ Nếu hai Nicol có mặt phẳng chính song song nhau cường độ ánh sáng qua Nicol (2) bằng cường độ sáng qua Nicol (1)

+ Hai Nicol có mặt phẳng chính vuông góc nhau thì (chéo nhau) cường độ ánh sáng sau khi qua Nicol (2) sẽ bị triệt tiêu

v Tourmaline:

- Hấp thụ không đều đối với tia thường và tia bất thường

- Tourmaline là bản tinh thể có hai mặt song song

- Bản Tourmaline dày 1mm sẽ hấp thụ hoàn toàn tia thường và chỉ cho tia bất thường truyền qua

v Poraloid:

- Là một vật liệu hữu cơ do Edwin H. Land phát minh năm 1928

- Hấp thụ tia thường mạnh hơn bản Tourmaline

- Bản Poraloid dày 0,1mm hấp thụ hoàn toàn tia thường