- CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 1.1. - Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực. - 1.1.1 Ánh sáng tự nhiên. - 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.. - Ánh sáng phân cực. - 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.. - Biểu diễn ánh sáng tự nhiên. - Mô tả hiện tượng phân cực ánh sáng. - bản của sự phân cực ánh sáng được minh họa trên hình 1-3 đối với một chùm ánh sáng không phân cực đi tới hai bản phân cực thẳng. - Vectơ điện trường vẽ trong chùm ánh sáng tới dưới dạng sóng sin dao động theo mọi hướng (360 0 , mặc dù chỉ có 6 sóng, cách nhau 60 0 được vẽ trong hình). - Trong thực tế, vectơ điện trường của ánh sáng tới dao động vuông góc với hướng truyền với sự phân bố đều trong mọi mặt phẳng trước khi chạm phải bản phân cực thứ nhất.. - Chỉ có ánh sáng tới dao động trong cùng mặt phẳng với các phân tử polymer định hướng bị hấp thụ, còn ánh sáng dao động vuông góc với mặt phẳng polymer thì truyền qua bộ lọc phân cực thứ nhất. - Hình 1-5a là sơ dồ biểu diễn ánh sáng phân cực toàn phần.. - 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.. - Với định nghĩa ánh sáng phân cực toàn phần ở trên, thì mỗi đoàn sóng do nguyên tử phát ra là một ánh sáng phân cực toàn phần. - Như vậy, ánh sáng tự nhiên có thể coi là tập hợp vô số ánh sáng phân cực toàn phần dao động đều đặn theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng. - Ta có thể nói ánh sáng tự nhiên có tính chất đối xứng xung quanh phương truyền.. - Sự phân cực ánh sáng do truyền qua bản Tuamalin dày.. - Trong những điều kiện nào đó, các tinh thể có thể biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực. - Tuamalin dày khoảng 1mm trở lên chỉ cho những ánh sáng nào có vector cường độ điện trường nằm trong một mặt phẳng xác. - ánh sáng phân cực toàn phần (a. - Còn các ánh sáng có vector 𝐸 vuông góc với mặt phẳng trên sẽ không đi qua bản. - Ánh sáng đó là ánh sáng phân cực toàn phần.. - Dùng một bản tuamalin ta có thể phân biệt được một chùm sáng là ánh sáng tự nhiên hay ánh sáng phân cực. - Phân cực do phản xạ. - Ta có thể làm được điều đó bởi vì ánh sáng phân cực bị phân cực toàn phần hay một phần do quá trình phản xạ từ mặt phẳng.. - Các vector cường độ điện trường của ánh sáng có thể phân tích thành những thành phần vuông góc (vuông góc với mặt phẳng tới) và những thành phần song song (nằm trong mặt phẳng tới). - Đối với ánh sáng tự nhiên hai thành phần này có độ lớn bằng nhau.. - Sự truyền ánh sáng qua hai bản tuamalin. - Kết quả là ánh sáng phản xạ không chứa thành phần song song và do vậy được phân cực hoàn toàn vuông góc với mặt phẳng tới ( ở đây là mặt phẳng của trang giấy. - Điều đó chứng tỏ rằng ánh sáng phản xạ từ thủy tinh dưới góc tới Brewster sẽ phân cực hoàn toàn với mặt phẳng dao động thẳng góc với mặt phẳng tới ( mặt phẳng của hình vẽ. - Đa phần ánh sáng phân cực. - Sự phân cực của ánh sáng Mặt Trời tán xạ. - 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.. - 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 phân cực.. - theo định luật khúc xạ ánh sáng thông thường gọi là tia thường và được kí hiệu bằng chữ o. - Tinh thể đá băng lan có một phương duy nhất nếu chiếu ánh sáng dọc theo đó sẽ xảy ra hiện tượng lưỡng chiết. - Từ đây về sau ta khảo sát sự phân cực ánh sáng do lưỡng chiết, ta biểu diễn tinh thể dá băng lan bằng mặt phẳng chính của nó.. - Sự truyền ánh sáng qua tinh thể băng lan. - Như vậy hiện tượng lưỡng chiết xảy ra khi chiếu vào tinh thể ánh sáng tự nhiên cũng như ánh sáng phân cực.. - khi chiếu vào tinh thể ánh sáng tự nhiên cũng như ánh sáng phân cực. - Thật vậy, giả sử ánh sáng phân cực phẳng tới tinh thể, có vector điện trường 𝐸 làm với mặt phẳng chính của tinh thể một góc. - Một tia sáng truyền qua tinh thể lưỡng trục cũng bị tách thành hai: hai tia đó đều là ánh sáng phân cực toàn phần, có vector. - Để nghiên cứu sự truyền ánh sáng của tia thường và tia bất thường trong tinh thể (ta chỉ xét trường hợp tinh thể đơn trục), ta xét mặt sóng của sóng ánh sáng trong các tinh thể đó. - Thực nghiệm và lí thuyết chứng tỏ rằng mặt sóng đối với ánh sáng bất thường là một mặt elipxôit tròn xoay có trục song song với quang trục của tinh thể.. - Hình 1-15 biểu diễn các mặt sóng thứ cấp của ánh sáng thường và ánh sáng bất thường xuất phát từ cùng một điểm trong tinh thể. - Sau đây ta sẽ xác định tia thường và tia bất thường trong một số trường hợp khi ánh sáng truyền trong tinh thể băng lan. - Đẻ đơn giản ta lấy chùm ánh sáng tới là chùm đơn sắc, song song, rọi vuông góc với mặt tinh thể.. - Vì chùm ánh sáng được rọi vuông góc vào mặt tinh thể nên mặt tinh thể AB trùng với một mặt sóng của chùm ấy. - Trường hợp 2: chùm ánh sáng và quang trục đều vuông góc với mặt AB của tinh thể (H.1-17). - do đó mặt sóng của ánh sáng thường và bất thường trùng nhau. - Các dụng cụ phân cực ánh sáng đặc biệt 1.5.1. - Trước đây chúng ta khảo sát một số phương pháp biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực phẳng. - 1-8), thì ánh sáng phản xạ là ánh sáng phân cực phẳng. - Tuy nhiên ánh sáng phân cực thu được ở đây sẽ rất yếu vì chỉ có một phần nhỏ ánh sáng được phản xạ (đối với ánh sáng phản xạ) hay vì sự phản xạ nhiều lần ở các mặt bản đặt nối tiếp nhau (đối với ánh sáng truyền qua) làm mất mát ánh sáng. - Lăng kính phân cực và các bản phân cực ánh sáng là những dụng cụ phân cực ( máy phân cực). - Biết rằng tia bất thường có vector cường độ điện trường dao động trong mặt phẳng chính ứng với tia đó, nên ta có thể kết luận: khi rọi một chùm ánh sáng tự nhiên qua nicôn, thì sau nicol ta được một chùm ánh sáng phân cực toàn phần có vector cường độ điện trường dao động. - Lăng kính phân cực nicol. - Đặc biệt nếu ánh sáng phân cực rọi tới có vector cường độ điện trường dao động trong mặt phẳng chính ứng với tia bất thường thì ánh sáng đó truyền được hoàn toàn qua nicol. - nếu còn ánh sáng phân cực toàn phần có vector cường độ điện trường dao động vuông góc với mặt phẳng chính của tia bất thường thì ánh sáng đó sẽ bị niol ngăn lại hoàn toàn.. - Mọi tinh thể lưỡng chiết đều hấp thụ ánh sáng ở mức độ này hay mức độ khác.. - Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào sự định hướng của vector điện trường E của sóng ánh sáng truyền qua tinh thể. - Vì vậy hai tia ra khỏi tinh bản tuamalin có cường độ rất khác nhau và ánh sáng ra khỏi bản là ánh sáng phân cực một phần. - Nhưng nếu với bản tuamalin dày chừng 1mm, thì thực tế tia thường bị hấp thụ hoàn toàn và ánh sáng ra khỏi bản là ánh sáng phân cực phẳng.. - Hệ số hấp thụ của tuamalin đối với tia bất thường phụ thuộc vào tần số ánh sáng. - Ánh sáng phân cực elip và ánh sáng phân cực tròn.. - Cách tạo ra ánh sáng phân cực elip và phân cực tròn.. - Ở trên ta đã nghiên cứu ánh sáng phân cực thẳng, đó là ánh sáng có vector cường độ điện trường E. - Nói cách khác, ánh sáng phân cực thẳng là ánh sáng mà vector cường độ điện trường dao động trên một đường thẳng. - Ngoài ra trường hợp mút của vector cường độ điện trường của ánh sáng lại chuyển động trên một đường elip hay đường tròn. - Ánh sáng trong đó mút của vector cường độ điện trường chuyển động trên một elip (hay đường tròn) được gọi là ánh sáng phân cực elip (hay phân cực tròn).. - Ta xét cách tạo ra ánh sáng phân cực elip hay phân cực tròn. - Sóng ánh sáng phân cực elip và phân cực tròn. - Cách tạo ra ánh sáng phân cực elip. - (1.16) 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:. - (1.19) Như vậy sau bản tinh thể ta có ánh sáng phân cực elip. - ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG. - Trong hình, sóng ánh sáng màu xanh có vectơ điện trường của chúng định theo cùng hướng như các thấu kính phân cực vì vậy, được truyền qua. - Màn hình này gồm có nhiều lớp phân cực (polarize) để chống lại sự phản chiếu do ánh sáng quá mạnh. - Ở màn hình ánh sáng được "xử lí". - Khi ánh sáng đến màn hình, các bước sau đây được diễn ra:. - Sau đó, ánh sáng đến "lớp làm chậm đi một phần tư". - Sau đó tia phản xạ lại đến lớp làm chậm một lần nữa, lúc này ánh sáng được phân cực theo phương ngang.. - số phương phân cực như các ánh sáng tự nhiên. - Ánh sáng này được cho lọt qua lớp kính lọc phân cực thứ nhất, trở thành ánh sáng phân cực phẳng chỉ có 1 phương.. - Ánh sáng phân cực phẳng này được tiếp tục cho truyền qua 2 lớp điện cực trong suốt 1 xẻ rãnh ngang - 1 xẻ rãnh dọc kẹp lớp tinh thể lỏng ở giữa. - 1.Kính lọc phân cực thẳng đứng để lọc ánh sáng tự nhiên đi vào.. - 6.Gương phản xạ lại ánh sáng cho người quan sát. - Vật liệu tinh thể lỏng có một tính chất đặc biệt là có thể làm thay đổi phương phân cực của ánh sáng truyền qua nó, tuỳ thuộc vào độ xoắn của các chùm phân tử. - Ánh sáng truyền qua các khe hở nhỏ. - Chùm ánh sáng phân cực ngang đi qua tinh thể lỏng sẽ xoay thành phành phân cực dọc.. - Giữa 2 mức đó ta có ánh sáng từ tối đến sáng.. - Kỹ thuật này dựa vào thực tế rằng ánh sáng có phân cực. - Kính phân cực 3D. - Tấm lọc phân cực. - Kính hiển vi phân cực (polarizing microscope) là loại kính hiển vi sử dụng ánh sáng phân cực để quan sát, nghiên cứu định tính và định lượng những mẫu có đặc tính lưỡng chiết (có hai chỉ số khúc xạ). - Bộ phân cực ánh sáng (thường được lắp cố định phía dưới tụ quang. - Loại mẫu này có những liên kết nội phân tử phân cực tương tác với ánh sáng phân cực theo một hướng nhất định dẫn đến sự trễ pha.