Giao thoa ánh sáng là gì?

LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Nhiễu xạ ánh sáng

- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chỉ có thể giải thích được nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng: Mỗi chùm sáng đơn sắc coi như một sóng có bước sóng xác định.

- Nhờ hiện tuợng nhiễu xạ ánh sáng này mà nguồn sáng kết hợp từ 2 khe ${{S}_{1}},{{S}_{2}}$ trong thí nghiệm trên phủ lên nhau và giao thoa với nhau.

2. Giao thoa ánh sáng

- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng trong vùng hai chùm sáng kết hợp gặp nhau xuất hiện những vân sáng, vân tối xen kẽ.

- Nguồn sáng kết hợp là những nguồn phát ánh sáng có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

- Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa với nhau. Những điểm hai sóng gặp nhau, nếu đồng pha thì chúng sẽ tăng cường lẫn nhau và tạo thành các vân sáng. Những điểm ngược pha thì chúng triệt tiêu lẫn nhau và tạo thành các vân tối. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.

3. Công thức về giao thoa ánh sáng

Chọn O làm gốc tọa độ, chiều dương Ox hướng lên.

+) Gọi: ${{S}_{1}}{{S}_{2}}=a$ là khoảng cách giữa hai khe sáng ${{S}_{1}}{{S}_{2}}$.

+) IO = D là khoảng cách từ màn tới hai khe $D>>a$.

+) OM = x là khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân đang xét.

+) ${{d}_{1}},{{d}_{2}}$ lần lượt là khoảng cách từ nguồn ${{S}_{1}},{{S}_{2}}$ kết hợp đến điểm M trên miền quan sát.

Rút ra được một số kết quả sau:

- Hiệu đường đi từ hai khe tới M: ${{d}_{1}}-{{d}_{2}}=\frac{ax}{D}$

- Khoảng vân (i) là khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp hoặc giữa 2 vân tối trên màn:

 $i=x_{s}^{k+1}-x_{s}^{k}=x_{t}^{k+1}-x_{t}^{k}=\frac{\lambda D}{a}\Rightarrow i=\frac{\lambda D}{a}$

- Tại M là vị trí vân sáng $\Leftrightarrow {{d}_{2}}-{{d}_{1}}=k\lambda $ với $k\in Z$

Vân sáng bậc k cách vân trung tâm: $x_{s}^{k}=k\frac{\lambda D}{a}=ki$.

- Tại M là vị trí vân tối $\Leftrightarrow {{d}_{2}}-{{d}_{1}}=\left( 2k+1 \right)\frac{\lambda }{2}$  với $k\in Z$

Vân tối thứ (k + 1) cách vân trung tâm: $x_{t}^{k+1}=\left( k+0,5 \right)\frac{\lambda D}{a}=\left( k+0,5 \right)i$.

- Mọi bức xạ giao thoa đều cho vân sáng trung tâm tại O.

4. Ý nghĩa và ứng dụng của giao thoa Y-âng

- Ý nghĩa: là bằng chứng không thể chối cãi về tính chất sóng của AS.

- Ứng dụng: Để đo bước sóng ánh sáng bằng thực nghiệm:

+) Khi $\lambda $ khác nhau $\Rightarrow $ khoảng vân i khác nhau $i=\frac{\lambda D}{a}\Rightarrow \lambda =\frac{ia}{D}$.

+) Người ta đo bước sóng của các ASĐS trong quang phổ ASMT trong môi trường chân không được kết quả: ${{\lambda }_{t}}=0,38\,\mu m<\lambda <{{\lambda }_{}}=0,76\,\mu m$.

5. Bước sóng và màu sắc

- Khi ánh sáng truyền đi từ môi trường này sang môi trường khác:

     +) Tần số f không đổi.

     +) Tốc độ sóng $v=\frac{c}{n}$, bước sóng $\lambda =\frac{{{\lambda }_{0}}}{n}$ giảm đi n lần so với khi truyền trong chân không (n là chiết suất của ánh sáng đối với môi trường).

- Ánh sáng có màu sắc không đổi. Do vậy:

     +) Màu sắc của ánh sáng được qui định bởi tần số, không phụ thuộc vào bước sóng.

     +) Chiết suất của môi trường thay đổi theo tần số, tần số càng cao thì chiết suất càng lớn:

 ${{f}_{t}}>...>{{f}_{}}\Leftrightarrow {{n}_{t}}>...>{{n}_{}}$.