Ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (715.48 KB, 18 trang )

ỨNG DỤNG
CỦA GIAO THOA
ÁNH SÁNG
Giảng viên: Lê Thị Minh Phương

Thành viên:
1. Trần Thành Đạt

5. Huỳnh Nguyễn Kim Dung

2. Lưu Bảo Trân

6. Nguyễn Thị Ngọc Vy

3. Phạm Thị Bé Tuyền

7. Phan Chí Bảo

4. Phạm Quốc Trọng

Kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học

.Mặt quang học có thể hiểu là mặt gương, mặt thấu kính, lăng kính, …
.Phẩm chất các mặt quang học có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng và độ sán
g của ảnh.

.Vì vậy, trong những dụng cụ quang học tinh vi, các mặt quang học không đượ
c có những vết xước hoặc chỗ gồ gề quá 1/10 bước sóng.

.Kính hiển vi tốt nhất cũng không thể phát hiện được những sai sót bé như vậy.

.Phương pháp tốt nhất để kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học là phươn
g pháp giao thoa.

Kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học

Giả sử, để kiểm tra phẩm chất của mặt kính A, ta lau

Kính

chuẩn

sạch bụi và đặt kính chuẩn B lên mặt kính A sao cho
giữa A và B hợp nhau 1 góc α rất nhỏ, giữa A và B tồn
tại lớp không khí mỏng.

α

 Tạo thành 1 nêm không khí.

Mặt kính cần kiểm tra

Kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học

Phương pháp thực hiện:

Chiếu chùm sáng S song song với nêm.

α

Hiện tượng giao thoa xảy ra làm xuất hiện hệ
vân sáng tối trên bề mặt nêm.

α

Kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học

α

α

Nếu bề mặt kính A bằng phẳng, đạt chất lượng thì hệ vân

Nếu bề mặt A có vết nứt, hỏng thì hệ vân sáng-tối thu

sáng – tối thu được sẽ đều đặn và cách đều nhau.

được sẽ bị đứt gãy, hoặc không còn cách đều nhau.

Kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học

Ngoài ra có thể dùng phương pháp giao thoa với hệ tạo vân tròn newton để kiểm tra độ đối xứng của các
mặt cong hay thấu kính.

Đo chiết suất các chất lỏng, khí (giao thoa kế Rayleigh)
Để đo chiết suất của một chất khí hoặc một chất lỏng chưa biết, người ta có thể dùng một dụng cụ gọi là giao

thoa kế Rayleigh.

Giao thoa kế Rayleigh

Đo chiết suất các chất lỏng, khí (giao thoa kế Rayleigh)

Khi ánh sáng đơn sắc từ nguồn O đi qua thấu kính L1 trở thành chùm song song chiếu vào hai khe S1, S2. Hai khe
này trở thành hai nguồn sáng kết hợp. Ánh sáng từ hai nguồn này sau khi đi qua hai ống T1 và T2 sẽ giao thoa với
nhau trên tiêu diện E của thấu kính L2. Thị kính L3 dùng để quan sát hệ thống vân giao thoa trên màn E.

Đo chiết suất các chất lỏng, khí (giao thoa kế Rayleigh)
Giả sử đo chiết suất n của một chất lỏng nào đó

 Ban đầu cho hai ống T1 và T2 đựng cùng một chất lỏng (chiết suất n0, cùng P và t).
 Quan sát hệ thống vân giao thoa trên màn E

 Sau đó thay chất lỏng trong ống T2 bằng chất lỏng cần đo n, (cùng P và t trên)
 Quan sát sự dịch chuyển của hệ thống vân giao thoa
 Đếm số vân dịch chuyển,=>chiết suất n

Đo chiết suất các chất lỏng, khí (giao thoa kế Rayleigh)



Thật vậy, khi thay ống T2 bằng chất lỏng cần đo n thì hiệu quang lộ của hai chùm tia so với trước đó đã thay đổi :

∆L = (n − no )d

(d: chiều dài của các ống đựng chất lỏng)



Nếu hệ thống vân giao thoa dịch chuyển m khoảng vân so với trước đó thì hiệu quang lộ đã thay đổi mλ. Ta có
phương trình:

∆L = (n − no )d = mλ

Đo chiết suất các chất lỏng, khí (giao thoa kế Rayleigh)
Từ đó suy ra:

mλ
n = no +
d
 Đo chiết suất bằng giao thoa kế Rayleigh có độ chính xác cao, có thể xác định được sự thay đổi chiết
suất đến 1/10000 chiết suất chuẩn n0.

Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson)
Giao thoa kế Michelson dùng để đo chiều dài với độ chính xác rất cao.

Cấu tạo:

 Gương bán mạ M.
 Gương phẳng G1 và G2.
 Kính ngắm D và màn (detector).

Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson)
Chùm sáng từ nguồn laser O được chiếu đến một gương bán
mạ M:

•
•

Một phần ánh sáng bị phản xạ đến gương G1.
Phần ánh sáng còn lại truyền qua gương M để đến
gương G2.

Đến gương G1 và G2, hai chùm sáng bị phản xạ ngược trở
lại. Hai chùm sáng đó là hai sóng kết hợp, khi gặp nhau trên
màn (detector), chúng sẽ giao thoa với nhau tạo nên hệ vân
sáng-tối.

Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson)

Quang lộ và hiệu quang lộ:

λ
λ
L1 = OM + MG1 + + G1M + + MD = OM + MD + 2MG1 + λ
2
2
λ
λ
L2 = OM + MG2 + + G2 M + + MD = OM + MD + 2MG2 + λ
2

2
⇒ ∆L = L2 − L1 = 2( MG2 − MG1 )

Khảo sát tại một điểm sáng M trên màn. Điều kiện cực đại giao thoa:

kλ
( MG2 − MG1 ) =
2

Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson)

 Nếu ta di chuyển gương

ra sau (trước) một đoạn so với vị trí ban đầu khi chưa di chuyển:

+Quang lộ:

+Hiệu quang lộ:
= k�

=>
=>Cực tiểu giao thoa.

=> Điểm M sẽ từ vân sáng trở thành vân tối, hệ vân dịch chuyển đi nửa khoảng
vân.

Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson)


•

 Nếu ta dịch chuyển gương ra sau(trước) một đoạn so với vị trí ban đầu khi chưa di
chuyển:
+Quang lộ:+
+MD+
=
+Hiệu quang lộ:
= k�

⇒

Cực đại giao thoa

=> Điểm sáng M vẫn là vân sáng, hệ
ng vân

vân di chuyển đi một khoả

Đo chiều dài (giao thoa kế Michelson)

 Kết luận:
 Muốn đo chiều dài của một vật nào đó, chỉ cần dịch chuyển gương G2 từ đầu này sang đầu kia
của vật và đếm số vân dịch chuyển.

 Nếu hệ thống vân dịch chuyển m khoảng vân thì chiều dài vật cần đó là:

mλ
L=
2

Cảm ơn cô và mọi người đã
theo dõi

. Phương pháp tốt nhất để kiểm tra phẩm chất những mặt phẳng quang học là chiêu thức giao thoa. Kiểm tra phẩm chất những mặt phẳng quang họcGiả sử, để kiểm tra phẩm chất của mặt kính A, ta lauKínhchuẩnsạch bụi và đặt kính chuẩn B lên mặt kính A sao chogiữa A và B hợp nhau 1 góc α rất nhỏ, giữa A và B tồntại lớp không khí mỏng mảnh.  Tạo thành 1 nêm không khí. Mặt kính cần kiểm traKiểm tra phẩm chất những mặt phẳng quang học  Phương pháp triển khai : Chiếu chùm sáng S song song với nêm. Hiện tượng giao thoa xảy ra làm Open hệvân sáng tối trên mặt phẳng nêm. Kiểm tra phẩm chất những mặt phẳng quang họcNếu bề mặt kính A phẳng phiu, đạt chất lượng thì hệ vânNếu mặt phẳng A có vết nứt, hỏng thì hệ vân sáng-tối thusáng – tối thu được sẽ đều đặn và cách đều nhau. được sẽ bị đứt gãy, hoặc không còn cách đều nhau. Kiểm tra phẩm chất những mặt phẳng quang họcNgoài ra hoàn toàn có thể dùng chiêu thức giao thoa với hệ tạo vân tròn newton để kiểm tra độ đối xứng của cácmặt cong hay thấu kính. Đo chiết suất những chất lỏng, khí ( giao thoa kế Rayleigh ) Để đo chiết suất của một chất khí hoặc một chất lỏng chưa biết, người ta hoàn toàn có thể dùng một dụng cụ gọi là giaothoa kế Rayleigh. Giao thoa kế RayleighĐo chiết suất những chất lỏng, khí ( giao thoa kế Rayleigh ) Khi ánh sáng đơn sắc từ nguồn O đi qua thấu kính L1 trở thành chùm song song chiếu vào hai khe S1, S2. Hai khenày trở thành hai nguồn sáng tích hợp. Ánh sáng từ hai nguồn này sau khi đi qua hai ống T1 và T2 sẽ giao thoa vớinhau trên tiêu diện E của thấu kính L2. Thị kính L3 dùng để quan sát mạng lưới hệ thống vân giao thoa trên màn E.Đo chiết suất những chất lỏng, khí ( giao thoa kế Rayleigh ) Giả sử đo chiết suất n của một chất lỏng nào đó  Ban đầu cho hai ống T1 và T2 đựng cùng một chất lỏng ( chiết suất n0, cùng P. và t ).  Quan sát mạng lưới hệ thống vân giao thoa trên màn E  Sau đó thay chất lỏng trong ống T2 bằng chất lỏng cần đo n, ( cùng P. và t trên )  Quan sát sự di dời của mạng lưới hệ thống vân giao thoa  Đếm số vân di dời, => chiết suất nĐo chiết suất những chất lỏng, khí ( giao thoa kế Rayleigh ) Thật vậy, khi thay ống T2 bằng chất lỏng cần đo n thì hiệu quang lộ của hai chùm tia so với trước đó đã đổi khác : ∆ L = ( n − no ) d ( d : chiều dài của những ống đựng chất lỏng ) Nếu mạng lưới hệ thống vân giao thoa di dời m khoảng chừng vân so với trước đó thì hiệu quang lộ đã biến hóa mλ. Ta cóphương trình : ∆ L = ( n − no ) d = mλĐo chiết suất những chất lỏng, khí ( giao thoa kế Rayleigh ) Từ đó suy ra : mλn = no +  Đo chiết suất bằng giao thoa kế Rayleigh có độ đúng mực cao, hoàn toàn có thể xác lập được sự đổi khác chiếtsuất đến 1/1000 0 chiết suất chuẩn n0. Đo chiều dài ( giao thoa kế Michelson ) Giao thoa kế Michelson dùng để đo chiều dài với độ đúng chuẩn rất cao. Cấu tạo :  Gương bán mạ M.  Gương phẳng G1 và G2.  Kính ngắm D và màn ( detector ). Đo chiều dài ( giao thoa kế Michelson ) Chùm sáng từ nguồn laser O được chiếu đến một gương bánmạ M : Một phần ánh sáng bị phản xạ đến gương G1. Phần ánh sáng còn lại truyền qua gương M để đếngương G2. Đến gương G1 và G2, hai chùm sáng bị phản xạ ngược trởlại. Hai chùm sáng đó là hai sóng phối hợp, khi gặp nhau trênmàn ( detector ), chúng sẽ giao thoa với nhau tạo nên hệ vânsáng-tối. Đo chiều dài ( giao thoa kế Michelson ) Quang lộ và hiệu quang lộ : L1 = OM + MG1 + + G1M + + MD = OM + MD + 2MG1 + λL2 = OM + MG2 + + G2 M + + MD = OM + MD + 2MG2 + λ ⇒ ∆ L = L2 − L1 = 2 ( MG2 − MG1 ) Khảo sát tại một điểm sáng M trên màn. Điều kiện cực lớn giao thoa : kλ ( MG2 − MG1 ) = Đo chiều dài ( giao thoa kế Michelson )  Nếu ta vận động và di chuyển gươngra sau ( trước ) một đoạn so với vị trí khởi đầu khi chưa vận động và di chuyển : + Quang lộ : + Hiệu quang lộ : = k � => => Cực tiểu giao thoa. => Điểm M sẽ từ vân sáng trở thành vân tối, hệ vân di dời đi nửa khoảngvân. Đo chiều dài ( giao thoa kế Michelson ) Nếu ta di dời gương ra sau ( trước ) một đoạn so với vị trí khởi đầu khi chưa dichuyển : + Quang lộ : + + MD + + Hiệu quang lộ : = k � Cực đại giao thoa => Điểm sáng M vẫn là vân sáng, hệng vânvân vận động và di chuyển đi một khoảĐo chiều dài ( giao thoa kế Michelson )  Kết luận :  Muốn đo chiều dài của một vật nào đó, chỉ cần di dời gương G2 từ đầu này sang đầu kiacủa vật và đếm số vân di dời.  Nếu mạng lưới hệ thống vân di dời m khoảng chừng vân thì chiều dài vật cần đó là : mλL = Cảm ơn cô và mọi người đãtheo dõi

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay