Phân cực ánh sáng và Ứng dụng

Ánh sáng là một người bạn gẫn gũi của con người trong mọi hoạt động hằng ngày, đôi khi sự tồn tại của chúng đối với con người như là một điều hiển nhiên và tự nhiên. Nói như vậy không có nghĩa con người luôn chấp nhận sự đồng hành của người bạn ánh sáng đi bên cạnh mình mà không đặt vấn đề tìm hiểu “cội nguồn” của chúng. Vậy ánh sáng từ đâu sinh ra? Bản chất của ánh sáng là như thế nào? Vô vàn câu hỏi, và những thắc mắc mà con người đã đặt ra cho ánh sáng. Nhưng dường như người bạn ánh sáng của chúng ta lại rất thích chơi trò “đánh đố”, vì vậy, tuy con người từ thời cổ đại xa xưa đã “hỏi” ánh sáng như vậy, nhưng phải nói rằng cho đến thế kỉ 20, con người mới thật sự có được cái nhìn đúng đắn hơn đối với ánh sáng, song vẫn chưa hoàn thiện. Quá trình con người đi tìm câu trả lời của ánh sáng là rất dài và trải qua nhiều giai đoạn, có những giai đoạn tưởng chừng như đã tìm ra, nhưng rồi “gợi ý” mới của ánh sáng lại xuất hiện và con người lại kiếm tìm. Sự phân cực ánh sáng là một nội dung quan trọng khi nghiên cứu về ánh sáng. Trong các giáo trình quang học, sự phân cực ánh sáng được dành ra hẳn một chương để bàn luận về các vấn đề thế nào là ánh sáng phân cực, cách nhận biết đâu là ánh sáng phân cực, cách tạo ra ánh sáng phân cực, sự giao thoa của ánh sáng phân cực, sự quay mặt phẳng phân cực,… Trên thực tế sự phân cực ánh sáng có rất nhiều ứng dụng mà con người cũng đã được biết đến nhưng những tài liệu mang tính hệ thống viết về những ứng dụng này chưa nhiều. Đối với sinh viên Vật lí kỹ thuật nói chung và sinh viên Vật lí kỹ thuật ở trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói riêng, trong quá trình học tập việc gắn những kiến thức lí thuyết với ứng dụng thực tế của những kiến thức đó là một yêu cầu quan trọng. Nó giúp nhóm đề tài cũng như các bạn sinh viên ghi nhớ kiến thức tốt hơn, tạo hứng thú, yêu thích môn học hơn. Những thông tin chi tiết hơn nữa về ứng dụng của hiện tượng này trong đời sống và kĩ thuật sẽ giúp chúng ta thấy được ý nghĩa to lớn của hiện tượng và hiểu về hiện tượng một cách sâu sắc hơn. Từ những lí do trên, với mong muốn hiểu sâu và rõ hơn những ứng dụng của hiện tượng quang học trong thực tế, tập hợp được một tài liệu nhằm giới thiệu được cho người đọc những thông tin chi tiết hơn về những ứng dụng của hiện tượng phân cực ánh sáng, nhóm đề tài lựa chọn Phân cực ánh sáng .

Mục Lục

CHƯƠNG 1.

CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 4

1.1 Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực 4

1.1.1 Ánh sáng tự nhiên 4

1.1.2 Ánh sáng phân cực 5

1.2 Quỹ đạo vecto cường độ điện trường của chùm sáng phân cực 7

1.3 Phương pháp tạo chùm sáng phân cực 12

1.3.1 Định luật Maluyt 12

1.3.2 Phân cực do phản xạ 14

1.3.3 Sự phân cực do tán xạ 16

1.3.4 Phân cực do môi trường lưỡng chiết 18

1.4 Các dụng cụ phân cực ánh sáng 23

1.4.1 Nhận xét chung 23

1.4.2 Lăng kính Nicol 24

1.4.3 Lăng kính lưỡng chiết cho hai chùm tia 26

1.4.4 Các bản phân cực dùng tính lưỡng sắc 27

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ UVLED VÀ KHỬ TRÙNG 29

2.1 Ứng dụng trong đời sống thường ngày 29

2.2 Ứng dụng trong công nghệ HĐ 33

LỜI NÓI ĐẦU

Ánh sáng là một người bạn gẫn gũi của con người trong mọi hoạt động hằngngày, đôi khi sự tồn tại của chúng đối với con người như là một điều hiển nhiên và

tự nhiên Nói như vậy không có nghĩa con người luôn chấp nhận sự đồng hành củangười bạn ánh sáng đi bên cạnh mình mà không đặt vấn đề tìm hiểu “cội nguồn”của chúng Vậy ánh sáng từ đâu sinh ra? Bản chất của ánh sáng là như thế nào? Vôvàn câu hỏi, và những thắc mắc mà con người đã đặt ra cho ánh sáng Nhưng dườngnhư người bạn ánh sáng của chúng ta lại rất thích chơi trò “đánh đố”, vì vậy, tuycon người từ thời cổ đại xa xưa đã “hỏi” ánh sáng như vậy, nhưng phải nói rằng chođến thế kỉ 20, con người mới thật sự có được cái nhìn đúng đắn hơn đối với ánhsáng, song vẫn chưa hoàn thiện Quá trình con người đi tìm câu trả lời của ánh sáng

là rất dài và trải qua nhiều giai đoạn, có những giai đoạn tưởng chừng như đã tìm

ra, nhưng rồi “gợi ý” mới của ánh sáng lại xuất hiện và con người lại kiếm tìm

Sự phân cực ánh sáng là một nội dung quan trọng khi nghiên cứu về ánhsáng Trong các giáo trình quang học, sự phân cực ánh sáng được dành ra hẳn mộtchương để bàn luận về các vấn đề thế nào là ánh sáng phân cực, cách nhận biết đâu

là ánh sáng phân cực, cách tạo ra ánh sáng phân cực, sự giao thoa của ánh sángphân cực, sự quay mặt phẳng phân cực,… Trên thực tế sự phân cực ánh sáng có rấtnhiều ứng dụng mà con người cũng đã được biết đến nhưng những tài liệu mangtính hệ thống viết về những ứng dụng này chưa nhiều Đối với sinh viên Vật lí kỹthuật nói chung và sinh viên Vật lí kỹ thuật ở trường Đại học Bách Khoa Hà Nộinói riêng, trong quá trình học tập việc gắn những kiến thức lí thuyết với ứng dụngthực tế của những kiến thức đó là một yêu cầu quan trọng Nó giúp nhóm đề tàicũng như các bạn sinh viên ghi nhớ kiến thức tốt hơn, tạo hứng thú, yêu thích mônhọc hơn Những thông tin chi tiết hơn nữa về ứng dụng của hiện tượng này trongđời sống và kĩ thuật sẽ giúp chúng ta thấy được ý nghĩa to lớn của hiện tượng vàhiểu về hiện tượng một cách sâu sắc hơn Từ những lí do trên, với mong muốn hiểusâu và rõ hơn những ứng dụng của hiện tượng quang học trong thực tế, tập hợpđược một tài liệu nhằm giới thiệu được cho người đọc những thông tin chi tiết hơn

về những ứng dụng của hiện tượng phân cực ánh sáng, nhóm đề tài lựa chọn "Phâncực ánh sáng"

Tia sáng

Hình 1-1 Dao động của vector cường độ điện trường trong một đoàn sóng

Nhưng do tính chất hỗn loạn của các vận động bên trong nguyên tử, vector trong các đoàn sóng do một nguyên tử phát ra có thể dao động theo những phươngkhác nhau xung quanh tia sáng Mặt khác nguồn sáng mà chúng ta đang xét dù cókích thước khá nhỏ cũng bao gồm rất nhiều nguyên tử, phương dao động của vector trong các đoàn sóng do các nguyên tử phát ra cũng thay đổi một cách hỗn loạnxung quanh tia sáng Như vậy ánh sáng từ một nguồn phát ra (Mặt Trời, dây tócnung đỏ ) có vector cường độ điện trường dao động theo tất cả mọi phương vuông

góc với tia sáng Ánh sáng có vector cường độ điện trường dao động đều đặn theo mọi phương vuông góc với tia sáng được gọi là ánh sáng tự nhiên.

Để biểu diễn ánh sáng tự nhiên

người ta vẽ trong mặt phẳng vuông

góc với tia sáng các vector cường độ điệntrường có trị số bằng nhau, phân bố đều

đặn xung quanh tia sáng đầu mút của

chúng nằm trên một đường tròn có

tâm trên tia sáng (H 1-2)

1.1.2 Ánh sáng phân cực.

Hình 1-2 Biểu diễn ánh sáng tự nhiên

Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi cho một ánh sáng tự nhiên đi qua một môitrường bất dẳng hướng về mặt quang học, ví dụ các tinh thể, thì trong những điềukiện nhất định nào đó, tác dụng của môi trường lên ánh sáng tự nhiên có thể làm

cho vector cường độ điện trường chỉ còn dao động theo một phương nhất định Ánh sáng có vector cường độ điện trường chỉ dao động theo một phương xác định được gọi là ánh sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực toàn phần.

Hình 1-3 Mô tả hiện thượng phân cực ánh sáng

Mắt người không có khả năng phân biệt giữa ánh sáng định hướng ngẫu nhiên

và ánh sáng phân cực, và ánh sáng phân cực phẳng chỉ có thể phát hiện qua cường

độ hoặc hiệu ứng màu, ví dụ như sự giảm độ chói khi mang kính râm Ý niệm cơbản

của sự phân cực ánh sáng được minh họa trên hình 1-3 đối với một chùm ánh sángkhông phân cực đi tới hai bản phân cực thẳng Vectơ điện trường vẽ trong chùm ánhsáng tới dưới dạng sóng sin dao động theo mọi hướng (3600, mặc dù chỉ có 6 sóng,cách nhau 600 được vẽ trong hình) Trong thực tế, vectơ điện trường của ánh sángtới dao động vuông góc với hướng truyền với sự phân bố đều trong mọi mặt phẳngtrước khi chạm phải bản phân cực thứ nhất.

Các bản phân cực minh họa trong (H 1-3) thực ra là những bộ lọc gồm các phân

tử polymer chuỗi dài định theo một hướng Chỉ có ánh sáng tới dao động trong cùngmặt phẳng với các phân tử polymer định hướng bị hấp thụ, còn ánh sáng dao độngvuông góc với mặt phẳng polymer thì truyền qua bộ lọc phân cực thứ nhất Hướngphân cực của bản phân cực thứ nhất là thẳng đứng nên chùm tia tới sẽ chỉ truyềnqua được những sóng có vectơ điện trường thẳng đứng Sóng truyền qua bản phâncực thứ nhất sau đó bị chặn lại bởi bản phân cực thứ hai, do bản phân cực này địnhhướng ngang đối với vectơ điện trường trong sóng ánh sáng

Mặt phẳng chứa tia sáng và phương dao động của vector được gọi là mặt phẳngdao động ; còn mặt phẳng chứa tia sáng và vuông góc với mặt phẳng dao động đượcgọi là mặt phẳng phân cực (H 1-4) Hình 1-5a là sơ dồ biểu diễn ánh sáng phân cựctoàn phần

Trong một số trường hợp người ta thấy rằng tác dụng của môi trường lên ánhsáng tự nhiên làm cho cường độ điện trường dao động theo mọi phương vuông góc

với tia sáng nhưng có phương dao động mạnh, có phương dao động yếu Ánh sáng

có vector cường độ điện trường dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng, nhưng có phương dao động mạnh, có phương dao động yếu, được gọi là ánh sáng phân cực một phần Hình (1-4b) là sơ đồ biểu diễn ánh sáng phân cực

một phần

1.2 Quỹ đạo vecto cường độ điện trường của chùm sáng phân cực.

Ở trên ta đã nghiên cứu ánh sáng phân cực thẳng, đó là ánh sáng có vectorcường độ điện trường E dao động theo một phương xác định Nói cách khác, ánhsáng phân cực thẳng là ánh sáng mà vector cường độ điện trường dao động trên mộtđường thẳng Ngoài ra trường hợp mút của vector cường độ điện trường của ánhsáng lại chuyển động trên một đường elip hay đường tròn Ánh sáng trong đó mútcủa vector cường độ điện trường chuyển động trên một elip (hay đường tròn) đượcgọi là ánh sáng phân cực elip (hay phân cực tròn)

Ta xét cách tạo ra ánh sáng phân cực elip hay phân cực tròn Một bản tinh thể T

có bề dày d và có quang trục như hình 1-25 Rọi vuông góc với mặt trước của bảnmột tia sáng phân cực toàn phần có vector cường độ điện trường E hợp với quangtrục một góc A Khi vào bản, tia sáng tách thành hai: tia thường và tia bất thường



Tia bất thường có vector cường độ điện trường E esong song với quang trục, còn tiathường có vector cường độ điện trường E0 vuông góc với quang trục và nằm trongmặt phẳng vuông góc với tia sáng

Hình 1-5 Cách tạo ra ánh sáng phân cực elip

ở trong bản tinh thể, hai tia truyền theo một phương, nhưng với vận tốc khác nhau, rakhỏi bản hai tia lại truyền với cùng một vận tốc

Tại một điểm M sau bản, hiệu quang lộ của hai tia là :

Trong đó � là bước sóng ánh sáng trong chân không

Dao động ánh sáng tổng hợp sau bản có vector cường độ điện trường là:

�⃗ = �⃗ 0 + �⃗ � (a.3)

Vì E0 và E e dao dộng theo hai phương vông góc, do đó mút của vector E sẽ chuyển động trên một đường elip có phương trình:

�2 + �2 − 2�� ⋅ ��� �� = ��� �� (a.4)

�2 �2 �1 �2Trong đó x và y là độ dời dao động của E0và E e, a1 và a2 lần lượt là biên độ dao độngcủa chúng

Nếu trước khi vào bản, vector cường độ điện trường có biên độ là A, thì:

Như vậy sau bản tinh thể ta có ánh sáng phân cực elip Ta xét một vài trường hợp đặc biệt

Trong trường hợp này các mút của vector E chuyển động trên một elip có hai trục là

Ox và Oy với hai bán trục bằng a1 và a2 Bản có bề dày d thỏa mãn điều kiện (a.6) được gọi

Đó là phương trình của một đoạn đường thẳng nằm trong tam góc phần tư thứ hai

và thứ tư của hệ trục Ox, Oy (H 1-7) đường thẳng đó hợp với quang trục một góc

Trước khi vào bản, mút của vector E daođộng trên đường thẳng zz’ Vậy sau khi rakhỏi bản, vector cường độ điện trường đãquay đi một góc 2 Bản có bề dày d thỏamãn

điều kiện (a.9) được gọi là bản nửa bước Hình 1-7 Tác dụng của bản một bước

1-8) Đường thẳng đó hợp với quang trục một góc

Vậy trong trường hợp này, ánh sáng sau khi ra

khỏi bản giống với ánh sáng trước khi vào bản

Bản có bề dày thỏa mãn điều kiện (a.3) gọi là bản

một bước sóng.

Hình 1-8 Tác dụng của bản

nửa bước sóng

1.3 Phương pháp tạo chùm sáng phân cực.

1.3.1 Định luật Maluyt

Trong những điều kiện nào đó, các tinh thể

A

có thể biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng

Silicôbôrat) là một trong những tinh thể như vậy ∆

Tuamalin dày khoảng 1mm trở lên chỉ cho a

B

những ánh sáng nào có vector cường độ điện C

trường nằm trong một mặt phẳng xác định, đó là

mặt phẳng chứa một phương đăc biệt (gọi là

quang trục của tinh thể) và tia sáng

Hình 1-9 Bản tuamalin

Còn các ánh sáng có vector E vuông góc với mặt phẳng trên sẽ không đi quabản Trong trường hợp bản Tuamalin có có quang trục song song với cạnh AB, còntia sáng chiếu vào vuông góc với mặt ABCD của bản, thì vì ánh sáng là sóng ngang,nên tia sáng sau bản Tuamalin có vector song song với quang trục của bản (H.1-9)

Vì tính đối xứng của ánh sáng tự nhiên xung quanh phương truyền, nên nếu taquay bản tuamalin xung quanh tia sáng thì ở vị trí nào của bản cũng có ánh sángtruyền qua Ánh sáng đó là ánh sáng phân cực toàn phần

Lấy một bản tuamalin T2 (bản T2 đặt sau bản T1) Gọi là góc giữa hai quang trục(H.1-10a) Do tính chất của bản tuamalin, biên độ dao động sáng sau bản T2 là:

Cường độ sáng sau bản T2 sẽ là :

= 0 (H.1-10c) ; T 1 được gọi là kính phân cực, T 2 được gọi là

Hình 1-10 Sự truyền ánh sáng qua hai bản tuamalin

Công thức (1.2) biểu diễn một định luật gọi là định luật Maluyt : Khi cho một chùm tia sáng tự nhiên rọi qua hai bản tuamalin có quang trục hợp với nhau một góc

∝ thì cường độ sáng nhận được tỉ lệ với cos2∝

Dùng một bản tuamalin ta có thể phân biệt được một chùm sáng là ánh sáng tựnhiên hay ánh sáng phân cực Đặt một bản tuamalin trên đường đi của tia sáng Nếutia sáng là ánh sáng tự nhiên thì khi quay bản tuamalin, cường độ ánh sáng ban đầukhông thay đổi, còn nếu ta dùng tia sáng là ánh sáng phân cực thì khi quay bảntuamalin cường độ ánh sáng sau bản sẽ thay đổi.

1.3.2 Phân cực do phản xạ Định luật Brewster

Như vậy ta có thể tăng hay giảm cường độ ánh sáng khi nhìn ánh sáng Mặt Trời

từ mặt nước chẳng hạn khi quay tròn một bản phân cực (như một kính râm phâncực) xung quanh phương quan sát Ta có thể làm được điều đó bởi vì ánh sáng phâncực bị phân cực toàn phần hay một phần do quá trình phản xạ từ mặt phẳng (H 1-8) cho thấy một tia sáng tới không phân cực đập trên một mặt thủy tinh Các vectorcường độ điện trường của ánh sáng có thể phân tích thành những thành phần vuônggóc (vuông góc với mặt phẳng tới) và những thành phần song song (nằm trong mặtphẳng tới) Đối với ánh sáng tự nhiên hai thành phần này có độ lớn bằng nhau

Hình 1-11 Góc brewster

Với một góc đặc biệt gọi là góc Brewster B thành phần song song của tia tới bịkhúc xạ hoàn toàn Kết quả là ánh sáng phản xạ không chứa thành phần song songvà

do vậy được phân cực hoàn toàn vuông góc với mặt phẳng tới ( ở đây là mặt phẳngcủa trang giấy ) Tia khúc xạ bị phân cực một phần nó bao gồm một thành phầnsong song khá mạnh và một thành phần vuông góc yếu.

Đối với thủy tinh hay những vật liệu diện môi khác có một góc tới đặc biệt, gọi

là góc Brewster B , mà thành phần song song không phản xạ Điều đó chứng tỏ rằngánh sáng phản xạ từ thủy tinh dưới góc tới Brewster sẽ phân cực hoàn toàn với mặtphẳng dao động thẳng góc với mặt phẳng tới ( mặt phẳng của hình vẽ ) Do thànhphần song song của tia tới dưới góc Brewster không thể phản xạ nên chúng sẽ khúc

xạ hoàn toàn Đối với những góc tới khác, ánh sáng phản xạ bị phân cực một phần

vì rằng thay vì không có phản xạ thì nay lại có sự phản xạ một ít thành phần songsong

Định luật Brewster

Một tia sáng tự nhiên đến đập lên mặt phân cách giữa hai môi trường dưới góctới Brewster �B , thực nghiệm cho thấy các tia phản xạ và khúc xạ vuông góc vớinhau Do tia phản xạ trong hình vẽ phản xạ dưới góc Brewster còn tia kia khúc xạdưới góc �r nên chúng ta có:

Hai góc này cùng liên hệ với nhau theo phương trình

n1 sin θ 1 = n2 sin θ 2 ( khúc xạ ) (1.4)Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

Tùy ý chọn chỉ số 1 trong phương trình (1.4) cho vật liệu chứa tia tới và tia phản xạ,chúng ta có được các phương trình

Phối hợp các phương trình trên sẽ dẫn đến

n1 sin θB = n2 sin(900 - θB ) = n2 cos θB

��= ���−1 (�2 ) (góc Brewster ) (1.6)

� 1

là chiết suất tỉ đối của môi trường hai đối với môi trường một

Nếu các tia tới và phản xạ truyền trong không khí, chúng ta có thể lấy n1=1 và thay n2 = n, phương trình (1.6) viết lại

Đó là dạng đơn giản của phương trình (1.6) và được biết như là định luật

Brewster định luật và góc �B mang tên ông David Brewster người đã tìm thấy bằng thực nghiệm năm 1812

1.3.3 Sự phân cực do tán xạ

Các phân tử chất khí và nước trong bầu khí quyển làm tán xạ ánh sáng từ MặtTrời theo mọi hướng, hiệu ứng gây ra bầu trời xanh, những đám mây trắng, hoànghôn đỏ rực, và hiện tượng gọi là sự phân cực khí quyển Lượng ánh sáng tán xạ (gọi

là tán xạ Rayleigh) phụ thuộc vào kích thước của các phân tử (hydrogen, oxygen,nước) và bước sóng ánh sáng, như đã được chứng minh bởi huân tước Rayleigh hồinăm 1871 Những bước sóng dài, như đỏ, cam, vàng không bị tán xạ nhiều như cácbước sóng ngắn, như tím và xanh dương

Hình 1-12 Sự phân cực của ánh sáng Mặt trời tán xạ

Sự phân cực khí quyển là kết quả trực tiếp của sự tán xạ Rayleigh của ánh sángMặt Trời bởi các phân tử trong khí quyển Lúc va chạm giữa photon đến từ MặtTrời và phân tử chất khí, điện trường từ photon giảm dao động và rồi tái bức xạ ánhsáng phân cực từ phân tử đó (minh họa trong H 1-12) Ánh sáng phát xạ bị tán xạtheo hướng vuông góc với hướng truyền ánh sáng Mặt Trời, và bị phân cực hoặcdọc, hoặc ngang, phụ thuộc vào hướng tán xạ Đa phần ánh sáng phân cực chạmđến Trái Đất bị phân cực ngang (trên 50%), một sự thật có thể xác nhận bằng cáchquan sát bầu trời qua một bộ lọc Polaroid

Có những báo cáo cho biết một số loài côn trùng và động vật nhất định có khả năngphát hiện ánh sáng phân cực, gồm các loài kiến, ruồi, và một số loài cá, danh sáchcác loài thật ra còn dài hơn nhiều Ví dụ, một số loài côn trùng (chủ yếu là ong mật)được cho là đã sử dụng ánh sáng phân cực để định vị mục tiêu của chúng Nhiềungười cũng tin rằng có một số cá nhân nhạy cảm với ánh sáng phân cực và có thểquan sát thấy một đường chân trời màu vàng chồng lên nền trời xanh khi nhìn chằmchằm theo hướng vuông góc với hướng của Mặt Trời (một hiện tượng gọi là chổi

Haidinger) Các protein sắc tố vàng, gọi là macula lutea, là những tinh thể lưỡng sắc

cư trú trong hố mắt người, được biết là cho phép người ta nhìn thấy ánh sáng phâncực

1.3.4 Phân cực do môi trường lưỡng chiết

Hiện tượng lưỡng chiết

Năm 1670 Bactoolin lần đầu tiên nhận

thấy rằng, khi một tia sáng truyền qua tinh thể

đá băng lan (một dạng CaCO3), nó bị tách

thành hai tia Đó là hiện tượng lưỡng chiết.

Tinh thể đá băng lan trong tự nhiên thường có

dạng hình hộp lệch mà sáu mặt là những hình

thoi bằng nhau có các góc xác định 101052’ và

78008’

Hình 1-13 Tinh thể nhỏ của băng lan

Thí nghiệm cho thấy rằng hai tia sáng ra khỏi tinh thể song song với nhau vàsong song với tia tới (Hình 1-13).Chúng là hai tia phân cực phẳng, phân cực trongmặt phẳng vuông góc với nhau và có cường dộ như nhau Một trong hai tia tuântheo định luật khúc xạ ánh sáng thông thường gọi là tia thường và được kí hiệubằng chữ

o Tia thứ hai, nói chung không tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng gọi là tia bấtthường và được kí hiệu bằng chữ e

Tinh thể đá băng lan có một phương duy nhất nếu chiếu ánh sáng dọc theo đó sẽxảy ra hiện tượng lưỡng chiết Tinh thể như vậy được gọi là tinh thể đơn trục vàphương

đặc biệt đó được gọi là trục quang học

của tinh thể Trên (Hình 1-14) đó là

phương song song với AA1 Cần chú ý

rằng trục quang học chỉ là một phương

xác định, chứ không phải là một đường

thẳng cố định nào trong tinh thể vì vậy

một mẩu vỡ của tinh thể cũng có tính

chất như tinh thể nguyên vẹn Không

phải chỉ có đá băng

lan mà hầu hết các tinh thể (trừ tinh thể thuộc

chiết

Hình 1-14 Sự chuyền ánh sáng

qua tinh thể băng lăng

Ngoài các tinh thể đơn trục còn có những tinh thể trong đó có hai phương nếuchiếu ánh sáng dọc theo đó sẽ không xãy ra hiện tượng lưỡng chiết Những tinh thểnhư thế gọi là tinh thể lưỡng trục Trong các tinh thể lưỡng trục cả hai tia xuất hiện

do hiện tượng lưỡng chiết đều là tia bất thường Ở đây chúng ta không khảo sát hiệntượng lưỡng chiết trong các tinh thể lưỡng trục Trong tinh thể đơn trục, mặt phẳngchứa tia tới và trục quang học của tinh thể được gọi là mặt phẳng chính hay tiết diệnchính của tinh thể Trên (hình 1-14), đó là mặt phẳng chéo ACA1C1 Từ đây về sau

ta khảo sát sự phân cực ánh sáng do lưỡng chiết, ta biểu diễn tinh thể dá băng lanbằng mặt phẳng chính của nó

Tia thường và tia bất thường

Như đã nói ở trên cả hai tia thường và tia bất thường đều là tia phân cực phẳng.Thật vậy, nếu đặt một máy phân tích (một gương thủy tinh chẳng hạn) hứng các tia

đó ta có thể chứng tỏ rằng tia bất thường sẽ bị tắt khi mặt phẳng tới trên gươngtrùng với mặt phẳng chính của tinh thể, khi đó cường độ sáng của tia thường sẽ đạt

hệ lập phương) đều có tính chất

giá trị cực đại Khi quay máy phân tích một góc 900 thì hiện tượng sẽ xảy ra ngượclại Từ

thí nghiệm trên ta có thể kết luận rằng vector điện trường 0 trong tia thường vuônggóc với mặt phẳng chính, còn vector điện trường s trong tia bất thường nằm trongmặt phẳng chính của tinh, nghĩa là chúng phân cực trong hai mặt phẳng vuông gócvới nhau.

Ra khỏi tinh thể hai tia này chỉ khác nhau về phương phân cực, cho nên tên gọi

“tia thường” và “tia bất thường” chỉ có ý nghĩa khi chúng ở bên trong tinh thể Nếulại đặt trên đường truyền của mỗi tia thường và tia bất thường một tinh thể lưỡngchiết nữa, thì mỗi tia lại tách thành hai tia thường và tia bất thường (H.1-12) Nhưvậy hiện tượng lưỡng chiết xảy ra khi chiếu vào tinh thể ánh sáng tự nhiên cũng nhưánh sáng phân cực

Khi chiếu vào tinh thể ánh sáng tự

nhiên cũng như ánh sáng phân cực

Tuy nhiên khi chiếu bằng ánh sáng tự

nhiên thì cường độ của tia thường và

tia bất thường bằng nhau, còn nếu ánh

sáng rọi vào là ánh sáng phân cực

phẳng, nói chung cường độ của hai tia

không bằng

oRoe

Hình 1-15

nhau, mà phụ thuộc vào góc α giữa mặt phẳng tới và mặt phẳng chính của nó theo địnhluật Maluyt Thật vậy, giả sử ánh sáng phân cực phẳng tới tinh thể, có vector điệntrường làm với mặt phẳng chính của tinh thể một góc α Như vậy vector điện trường

�⃗

� của tia bất thường sẽ làm với mặt phẳng dao động của tia tới những góc 90 0

- α và α (H.1-16) Gọi biên độ dao động của vector điện trường của tia tới tia thường và

Vậy tỉ số cường độ của chúng sẽ bằng:

Thay đổi góc tới i của tia đập lên mặtABCD, đo góc khúc xạ của tia thường (i0) và của tia bất thường (ie) người ta nhận thấy, đối với tia thường:

Đối với tia bất thường:

��� � ��� ie

2

= �0 ≠ ����� (1.11)

Trong đó ne là chiết suất của tinh thể đối với tia bất thường, nó phụ thuộc vàogóc tới i Ngoài ra, tia bất thường nói chung không nằm trong mặt phẳng tới, nó chỉnằm trong mặt phẳng tới khi mặt phẳng tới trùng với mặt phẳng chính Từ các hệthức (1.10) và (1.11) ta suy ra vận tốc của tia thường v0 không đổi theo phươngtruyền, còn vận tốc của tia bất thường ve phụ thuộc vào phương truyền trong tinhthể Thực nghiệm chứng tỏ rằng, vận tốc của tia bất thường theo phương song songvới quang trục là cực tiểu, theo phương đó v e =v0, còn theo phương vuông góc vớiquang trục, ve có giá trị cực đại Như vậy: