Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM

--- ---

ỨNG DỤNG CỦA GIAO THOA, NHIỄU XẠ VÀ
PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Luận văn tốt nghiệp

Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS: Hoàng Xuân Dinh

Phạm Thị Quyên
Lớp: Sư phạm Vật lý _K30
Mã số SV: 1040141

Giáo viên phản biện:

ThS: Nguyễn Hữu Khanh
TS: Nguyễn Thị Thu Thủy

Cần Thơ, 2008
SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

LỜI CẢM ƠN

Trung

Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy Hoàng Xuân Dinh đã tận tình
chỉ bảo, hướng dẫn để em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt đẹp. Và em
cũng thành thật cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn vật lý cùng quý thầy cô khoa
sư phạm cũng như quý thầy cô trong thư viện khoa, thư viện trường, thư viện
tỉnh đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em tìm kiếm tài liệu tham khảo, nghiên
cứu, học hỏi. Em xin chân thành ghi nhận những ý kiến đóng góp quý báu của
quý thầy cô cùng các bạn vì qua đó em được mở mang kiến thức rất nhiều và
học thêm nhiều bài học quý báu, bổ ích.
Bên cạnh những gì đạt được trong quá trình làm đề tài, tất yếu sẽ vướng
phải những thiếu sót rất nhiều vì kiến thức của em còn hạn chế. Em kính mong
quý thầy cô cùng các bạn hãy đóng góp ý kiến thêm để em có thể bổ sung kiến
thức và có thể hoàn thành đề tài của mình một cách trọn vẹn hơn.
Sau cùng em xin kính chúc tất cả quý thầy cô được dồi dào sức khỏe để tiếp
tục dìu dắt đàn em mai sau ngày một giỏi hơn, tiến bộ hơn và không ngừng
thành công hơn. Kính chúc quý thầy cô an khang thịnh vượng, tràn ngập niềm
thương

và hạnh
tâm
Học
liệuphúc.
ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên

Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Quyên

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 2

cứu


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

MỤC LỤC
Trang
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
PHẦN I: MỞ ĐẦU .................................................................................................
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................
2. Các giả thuyết của đề tài..................................................................................
3. Các phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài ...........................................
4. Các bước thực hiện đề tài ................................................................................
PHẦN II: NỘI DUNG ............................................................................................


1
1
1
2
2
3

CHƯƠNG 1: GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG..............................

3

1.1. GIAO THOA ÁNH SÁNG ...................................................................
1.1.1. Cơ sở của quang học sóng ................................................................

3
3

1.1.2. Điều kiện của hiện tượng giao thoa ................................................... 5
1.1.3. Hiện tượng giao thoa của hai sóng ánh sáng kết hợp ......................... 5
1.1.4. Hiện tượng giao thoa khi dùng ánh sáng trắng ................................... 10
1.1.5. Giao thoa gây bởi các bản mỏng ........................................................ 10
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA GIAO THOA ÁNH SÁNG ....................... 12
1.2.1 Học
Bộ lọc liệu
giao thoa
12
Trung tâm
ĐH .................................................................................
Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên
1.2.2. Khử ánh sáng phản xạ trên các mặt kính ............................................ 13

1.2.3. Kiểm tra các mặt kính phẳng hay lồi ................................................. 14
1.2.4. Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí. Giao thoa kế Rayleigh ............ 15
1.2.5.Thiết bị giao thoa đo chiều dài. Giao thoa kế Maikensơn .................... 16
1.2.6. Giao thoa kế Fabry – Perot ................................................................ 19
1.2.7. Phương pháp chụp ảnh màu ............................................................... 20
1.2.8. Tạo ảnh nổi ba chiều bằng giao thoa. Toàn ký ................................... 21
CHƯƠNG 2: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG .................................. 27
2.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG ..........................................................................
2.1.1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng ...........................................................
2.1.2. Nguyên lý Huygens – Fresnel ............................................................
2.1.3. Phương pháp đới cầu Fresnel ............................................................
2.1.4. Nhiễu xạ của sóng cầu (Nhiễu xạ Fresnel) .........................................
2.1.5. Nhiễu xạ của sóng phẳng (Nhiễu xạ Fraunhofer) ...............................

27
27
28
39
30
32

2.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG .......................... 38
2.2.1. Đo bước sóng ánh sáng bằng cách tử ................................................. 38
2.2.2. Máy quang phổ cách tử ..................................................................... 39
2.2.3. Nhiễu xạ tia X ................................................................................... 41
2.2.4. Ứng dụng cách tử nhiễu xạ đo dịch chuyển ....................................... 44
SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 3


cứu


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

2.2.5. Ứng dụng cách tử nhiễu xạ More

...................................................... 44

CHƯƠNG 3: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG ................................. 46
3.1. PHÂN CỰC ÁNH SÁNG ........................................................................ 46
3.1.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực ...........................................
3.1.2. Phương pháp tạo ánh sáng phân cực từ ánh sáng tự nhiên .................
3.1.3. Quỹ đạo vectơ cường độ điện trường của chùm sáng phân cực ..........
3.1.4. Một số linh kiện phân cực ánh sáng ...................................................

46
48
50
52

3.1.5. Hiện tượng quay mặt phẳng phân cực ................................................ 54
3.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PHÂN CỰC ÁNH SÁNG ........................ 56
3.2.1. Kính râm phân cực ............................................................................ 56
3.2.2. Kính hiển vi phân cực

....................................................................... 57


3.2.3. Xác định bề dày, chiết suất của các lớp màng M trên mặt vật liệu ...... 60
...................................................................................................................................
3.2.4. Phân cực kế

...................................................................................... 60

3.2.5. Phân cực nhân tạo .............................................................................. 62
3.2.6. Cảm
quang
tử ......................................................................
66 cứu
Trung tâm
Họcbiến
liệu
ĐHđiện
Cần
Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên
2.2.7. Một vài ứng dụng khác ....................................................................... 67
PHẦN III: KẾT LUẬN .......................................................................................... 68
PHỤ LỤC 1 .......................................................................................................... 69
PHỤ LỤC 2 .......................................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 76

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp


GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
ĐỀ TÀI: “ỨNG DỤNG CỦA GIAO THOA, NHIỄU XẠ VÀ PHÂN CỰC
ÁNH SÁNG” gồm 4 phần:
- Phần mở đầu:
Nêu lí do chọn đề tài, các giả thuyết của đề tài, các phương pháp và phương
tiện thực hiện đề tài, các bước thực hiện đề tài.
- Phần nội dung:
Gồm 3 chương:
+ Chương 1: Giao thoa ánh sáng và ứng dụng:
Trình bày nội dung lý thuyết giao thoa ánh sáng và một số ứng dụng của
giao thoa ánh sáng trong kỹ thuật, trong sản xuất và đời sống như: bộ lọc giao thoa, máy
giao thoa đo chiều dài tuyệt đối, xác định sai số của thước số, kiểm tra phẩm chất bề mặt
của các mặt kính, khử ánh sáng phản xạ trên các mặt kính,…
+ Chương 2: Nhiễu xạ ánh sáng và ứng dụng:
Trình bày nội dung lý thuyết nhiễu xạ ánh sáng và một số ứng dụng của
xạ Học
ánh sáng
như:
xác Cần
định cấu
trúc @
mạng
tinhliệu
thể, ứng
nhiễu xạ đo
Trungnhiễu
tâm
liệu

ĐH
Thơ
Tài
họcdụng
tậpcách
vàtửnghiên
cứu
dịch chuyển, ứng dụng cách tử nhiễu xạ More, máy quang phổ cách tử,…
+ Chương 3: Phân cực ánh sáng và ứng dụng:
Trình bày nội dung lý thuyết phân cực ánh sáng và một số ứng dụng của
phân cực ánh sáng như: chế tạo kính râm phân cực, kính hiển vi phân cực, phân cực kế,
các bộ chuyển đổi từ biên độ sang tần số …
- Phần kết luận:
Tổng kết lại những kết quả đạt được và những mặt hạn chế của đề tài, những
dự định sẽ làm trong tương lai.
- Phần phụ lục.

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

PHẦN I
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay con người đã đưa những thành tựu khoa học kỹ thuật, những phát minh,

phát kiến mới ứng dụng vào sản xuất, công nghệ, thông tin liên lạc, dịch vụ,… nhằm
phục vụ cho cuộc sống của con người ngày một tiến bộ hơn. Những thành tựu khoa học
đó đã được đúc kết và kế thừa từ kho tàng tri thức của nhân loại, đó là kết quả nghiên
cứu của cả một quá trình lao động không mệt mỏi của biết bao thế hệ các nhà khoa học
thuộc mọi lĩnh vực; trong đó vật lý học đã góp phần không nhỏ cho sự phát triển chung
của nền khoa học hiện đại.
Vật lý học là một khoa học thực nghiệm, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
ngành khoa học kỹ thuật. Trong thời đại ngày nay với sự phát triển một cách nhanh
chóng của khoa học kỹ thuật, thì những ứng dụng của vật lý học ngày càng đóng vai trò
quan trọng.
Quang học - một lĩnh vực của vật lý học - là môn học nghiên cứu về ánh sáng. Với
phát triển của vật lý học về sau đã chứng tỏ rằng: ánh sáng vừa có tính chất sóng,
Trungsự
tâm
Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
vừa có tính chất hạt. Tính chất sóng của ánh sáng thể hiện qua các hiện tượng như: giao
thoa, nhiễu xạ, phân cực ánh sáng,…; còn các hiện tượng khác như: hiệu ứng quang
điện, hiệu ứng Compton,… lại thể hiện tính chất hạt của ánh sáng.
Ngày nay ngoài việc nghiên cứu các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, và phân cực
ánh sáng thì việc nghiên cứu những ứng dụng của chúng trong kỹ thuật, trong sản xuất
và đời sống là việc rất quan trọng và cần thiết…. Vì vậy tôi đã quyết định chọn đề tài:
“Ứng dụng của giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng”. Việc chọn đề tài này cũng
nhằm để bổ sung thêm kiến thức khoa học và những ứng dụng thực tiễn, đồng thời giúp
ích phần nào cho công tác giảng dạy của tôi sau này.

2. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
- Thế nào là giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng?
- Các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng được ứng dụng như thế
nào trong kỹ thuật, trong sản xuất và đời sống?
Do đó, nội dung nghiên cứu của tôi có thể gồm hai phần:

+ Nghiên cứu lý thuyết về giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng.
+ Nghiên cứu các ứng dụng của giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng.

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

3. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
3.1. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài này, tôi đã hoàn thành phần nghiên cứu của mình với các
phương pháp sau:


Tổng hợp lý thuyết về giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng.

 Nghiên cứu ứng dụng của các hiện tượng: Tìm các tài liệu có liên quan, đọc và
tổng hợp.
3.2. Phương tiện thực hiện đề tài


Tài liệu tham khảo: Sách, bài giảng, Luận văn tốt nghiệp Đại học, tài liệu từ

internet.



Ý kiến nhận được từ: giáo viên hướng dẫn, các thầy cô trong bộ môn, các bạn.

4. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Bước 1: Nhận đề tài, xác định nhiệm vụ cần đạt được của đề tài.
Bước 2: Tìm các tài liệu có liên quan đến đề tài, nghiên cứu tài liệu, tham khảo ý
kiến từ các thầy cô, bạn bè.
Bước 3: Tổng hợp tài liệu, tiến hành viết đề tài và trao đổi với giáo viên hướng

Trungdẫn.
tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Bước 4: Nộp đề tài cho giáo viên hướng dẫn, giáo viên phản biện; tham khảo ý
kiến và chỉnh sửa.
Bước 5: Viết luận văn hoàn chỉnh.
Bước 6: Báo cáo luận văn.

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

PHẦN II
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG
1.1. GIAO THOA ÁNH SÁNG
1.1.1. Cơ sở của quang học sóng
1.1.1.1. Hàm sóng của ánh sáng

Ta đã biết ánh sáng là một loại sóng điện từ, nghĩa là một điện từ trường biến
thiên truyền trong không gian. Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ rằng chỉ có thành phần
điện trường khi tác dụng vào mắt mới gây ra cảm giác sáng. Vì vậy dao động của vectơ
E được gọi là dao động sáng.
Nếu tại O phương trình dao động sáng là:
x0  a cos t
thì tại M cách O một đoạn r phương trình dao động sáng sẽ là:
2L 

x  a cos  (t   )  cos t 



Hay:

Trung tâm Học liệu ĐH

2L 

x  a cos t 

Cần Thơ
@
  Tài


cT 

(1.1)
liệu học tập và nghiên

cứu

 là thời gian ánh sáng truyền từ O đến M.
L  c là quang lộ trên đoạn đường OM.
  cT là bước sóng ánh sáng trong chân không.
Phương trình (1.1) gọi là hàm sóng của ánh sáng.
1.1.1.2. Cường độ sáng
Cường độ sáng tại một điểm là một đại lượng có trị số bằng năng lượng
truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng trong một đơn vị
thời gian.
Cường độ sáng tại một điểm tỉ lệ với bình phương biên độ dao động sáng
tại điểm đó:
I  ka 2
trong đó k là hệ số tỉ lệ.
Khi nghiên cứu hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ…, ta chỉ cần so sánh cường
độ sáng tại các điểm khác nhau mà không cần tính cụ thể giá trị của cường độ sáng, do
đó có thể quy ước lấy k = 1, và :
I  a2
1.1.1.3. Nguyên lý Huyghen
Nguyên lý Huyghen cho phép tìm vị trí của mặt đầu sóng ở thời điểm sau
khi biết vị trí của mặt đầu sóng ở thời điểm trước. Nội dung nguyên lý này là :

trong đó:

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 3


Luận văn tốt nghiệp


GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

“Mỗi điểm của môi trường mà mặt đầu sóng đạt đến có thể xem như
những tâm phát sóng bán cầu thứ cấp và bao hình của các sóng bán cầu này là mặt đầu
sóng mới ”.
Khi vẽ mặt đầu sóng cần lưu ý rằng tia sáng là một họ các đường thẳng
vuông góc với mặt đầu sóng.
* Đối với sóng cầu :
Trong một môi trường đồng chất và đẳng hướng có một nguồn sóng O phát ra
sóng cầu (Hình 1-1). Tại thời điểm t, ta có mặt sóng cầu S1. Theo nguyên lý Huyghen, ta
xem các điểm của mặt sóng S1 như những nguồn thứ cấp. Tại thời điểm t +  t, các sóng
cầu thứ cấp do các nguồn thứ cấp này tạo ra có cùng bán kính là v  t. Mặt sóng cầu S2
bao hình của sóng thứ cấp này.

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Hình 1-1: Mặt đầu sóng của sóng cầu

Hình 1-2: Mặt đầu sóng của sóng khúc xạ

* Đối với sóng phẳng:
Trong hình 1-2, chùm tới là sóng phẳng, có mặt đầu sóng AB, đập vào mặt
phân cách của hai môi trường có chiết suất là n1 và n2 dưới góc tới i1. Mặt đầu sóng
trong môi trường thứ hai sẽ là bao hình của những sóng bán cầu thứ cấp có tâm nằm trên
mặt phân cách giữa hai môi trường.
Do i1  0 nên các điểm của mặt đầu sóng AB không đến mặt phân cách giữa hai
môi trường cùng lúc. Vì vậy, sóng thứ cấp tại điểm A luôn xảy ra sớm hơn tại điểm C.
Kết quả ta có mặt đầu sóng mới (khúc xạ) là mặt đầu sóng DC.
1.1.1.4. Nguyên lý chồng chất
“Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì từng sóng riêng biệt không bị các

sóng khác làm nhiễu loạn. Sau khi gặp nhau, các sóng ánh sáng vẫn truyền đi như cũ,
còn tại điểm gặp nhau, dao động sáng bằng tổng các dao động sáng thành phần”.
Nguyên lý chồng chất chỉ đúng đối với các sóng ánh sáng có cường độ yếu (ánh
sáng do nguồn thông thường phát ra). Nguyên lý chồng chất là nguyên lý cơ bản để
nghiên cứu hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ.
1.1.2. Điều kiện của hiện tượng giao thoa
Giả sử điểm M của môi trường nhận hai dao động cùng phương, cùng tần số:
SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

u 1  a 1 sin t  1 
u 2  a 2 sin t   2 
Dao động tổng hợp tại M là dao động có cùng tần số, cùng phương với hai
dao động thành phần, biên độ dao động tổng hợp được xác định:
2

2

a 2  a 1  a 2  2a 1a 2 cos 


với   1   2

  1   2 không phụ thuộc thời gian.

2

2

Khi đó a 2  a 1  a 2  2a 1a 2 cos  . Năng lượng tổng hợp không bằng tổng
năng lượng thành phần, có thể nhỏ hoặc lớn hơn tùy thuộc vào vị trí M trong môi
trường. Hai dao động này gọi là hai dao động kết hợp. Nguồn sóng tạo ra hai sóng kết
hợp gọi là nguồn kết hợp. Sự tổng hợp hai dao động kết hợp trong trường hợp trên
gọi là sự giao thoa.


  1   2 biến thiên theo thời gian. Nếu xét trong một chu kỳ, năng lượng tổng

hợp:
2

a 2  a1  a2

2

T

vì  2a1a 2 cos dt  0
0

Hai dao động trên không phải là hai dao động kết hợp. Do đó, không có hiện
tượng giao thoa.

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Vậy muốn có hiện tượng giao thoa thì hai nguồn sóng phải cùng phương, cùng

tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian, tức phải là hai nguồn kết hợp.
Ta quan sát được hiện tượng giao thoa trong toàn bộ miền không gian hai sóng
gặp nhau. Miền đó gọi là trường giao thoa.
1.1.3. Hiện tượng giao thoa của hai sóng ánh sáng kết hợp
Hiện tượng hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau tại một miền nào đó của không
gian mà tại miền đó ta thấy có những dải sáng và tối xen kẽ nhau gọi là sự giao thoa ánh
sáng. Thực nghiệm cho thấy rằng chỉ có những sóng phát ra từ những nguồn kết hợp
mới có thể tạo ra hiện tượng giao thoa.
1.1.3.1. Cách tạo ra hai sóng ánh sáng kết hợp
Nguyên tắc tạo ra hai sóng kết hợp là từ một sóng duy nhất tách ra thành hai
sóng riêng biệt. Để tạo ra các sóng kết hợp, người ta dùng các dụng cụ sau:
a) Khe Yâng

Một nguồn điểm S (hay khe sáng hẹp) chiếu vào hai lỗ tròn nhỏ S1 và S2. Hai lỗ
S1 và S2 được chiếu sáng từ cùng một nguồn điểm S nên được xem là hai nguồn kết hợp
(Hình 1-3).

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Hai sóng nhiễu xạ qua hai
lỗ này sẽ giao thoa với nhau và
ta quan sát hệ vân trên màn E
đặt phía sau màn (P) chứa S1 và

S2 và song song với (P). Vì màn
E có thể đặt bất cứ chỗ nào trên
trường giao thoa cũng đều
quan sát được hệ vân nên loại
vân giao thoa này được gọi là
vân giao thoa không định xứ.

M

P
E

Hình 1-3: Khe Yâng
b) Gương Frêxnen
Ánh sáng phát ra từ một nguồn điểm S
chiếu vào hai gương phẳng IM và IN tạo với
nhau một góc  bé. Như vậy ta sẽ có hai ảnh
ảo S1 và S2 của nguồn điểm S. Chúng nằm gần
nhau và là hai nguồn kết hợp. Ánh sáng phản xạ
trên hai gương tựa như xuất phát từ hai nguồn
hợp SHọc
1 và S2, chồng lên nhau một phần tạo
Trungkếttâm
liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu
nên trường giao thoa (Hình 1-4). Màn ảnh E đặt
N
trong trường giao thoa sẽ quan sát được vân
giao thoa. Vân giao thoa này cũng là vân giao
thoa không định xứ.
c) Lưỡng lăng kính Frêxnen

Hai lăng kính A1 và A2 có góc chiết
quang  bé (<100) được ghép đáy với nhau.
Song song với đáy và cách nó một đoạn a ta đặt
một nguồn điểm S (Hình 1-5). Vì góc tới của
các tia đến lăng kính bé, do đó tất cả các tia bị
lệch với một góc gần như nhau   (n  1) cho
nên có thể coi như các tia xuất phát từ hai
nguồn ảo S1 và S2. S1 và S2 được xem là hai
nguồn điểm kết hợp. Hai chùm tia tựa như xuất
phát từ S1 và S2 có một phần chồng lên nhau tạo
thành trường giao thoa. Vân giao thoa này cũng
không định xứ.

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 6

d
S1

S2
α
M
S

I

học tập và nghiên cứu
E


P O Q
Hình 1-4: Gương Frêxnen
2α

E

A1
S1
S
S2

P
O
Q
A2

Hình 1-5: Lưỡng lăng kính Frêxnen


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

d) Gương Lôi
Nguồn sáng điểm
S đặt trước mặt gương
phẳng M và khá xa gương, S
M
I
nhưng nằm gần mặt gương

O
để các tia sáng đến gương
G
S’
dưới một góc tới gần bằng
E
900. Màn E được đặt vuông
Hình 1-6: Gương Lôi
góc với gương G (Hình 16).
Sự giao thoa xảy ra là do sự chồng chất của chùm tia tới trực tiếp từ tia S
với chùm phản xạ trên mặt gương. Chùm phản xạ tựa như xuất phát từ S’ là ảnh ảo của
S qua gương. S và S’ được coi là hai nguồn kết hợp. Hệ vân quan sát trên màn E chỉ có
một nửa ở phía trên mặt gương M và vân giao thoa này cũng không định xứ.
1.1.3.2. Sự phân bố cường độ sáng trên màn quan sát
Giả sử có hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 phát ra hai sóng kết hợp cùng tần số,
cùng phương (hình 1-7):
S1  a sin( wt  1 )
S 2  a sin( wt   2 )

S1

r1
r2

M

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài
O
S2 liệu học tập và nghiên cứu
Dao động sáng do hai nguồn S1, S2 gây

ra tại M trên màn E:

r


S M1  a sin  wt  2 1  1 



r


S M 2  a sin  wt  2 2   2 




Hình 1-7

Dao dộng tổng hợp tại M:
r2  r1 (1   2 ) 
 r  r (   2 )  
S M  S M1  S M 2  2a cos   2 1  1

 sin  wt  



2
2


 


Cường độ sáng tại M:
2


r2  r1 1   2 
 r  r    2 
2
2
I   2a cos   2 1  1

   4a cos  


2 

2 




Đối với các sóng kết hợp hiệu số pha ban đầu (1   2 ) không đổi, do đó cường
độ sáng tại M chỉ phụ thuộc vào hiệu các đường truyền r1 và r2 của hai sóng đến điểm
M. Nếu 1   2  0 thì cường độ sáng tại M:
 
 r r 
I  4a 2 cos 2   2 1   4a 2 cos 2  

 

2

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp

trong đó:



GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

2 (r2  r1 )
.


Trường hợp 1:   2k hay r2  r1  k  với k là số nguyên gọi là bậc giao thoa
thì cường độ sáng tại M có giá trị cực đại:
I max  4a 2

Vậy cường độ sáng sẽ cực đại ở những điểm mà tại đó hiệu lộ trình của ánh sáng
bằng một số nguyên lần bước sóng hay hiệu số pha sóng tới bằng một số chẵn của  .
Trường hợp 2:   (2 k  1) hay r2  r1  (2k  1)



2

thì cường độ sáng tại M có giá trị cực tiểu bằng 0, tức:
I min  0

Như vậy cường độ sáng sẽ cực tiểu tại những điểm mà hiệu lộ trình bằng một số
lẻ của nửa bước sóng hay hiệu số pha của các sóng tới bằng một số lẻ của  .
Trong trường hợp biên độ của các sóng thành phần không bằng nhau:
S1  a1 sin( wt  1 )
S 2  a2 sin( wt   2 )

Trungthìtâm
Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
cường độ sáng tại M:
I M  a 2  a12  a 2 2  2 a1 a 2 cos

I M   a1  a 2   4 a1a2 cos 2
2

Nếu r2  r1  k  thì:
Nếu r2  r1  (2k  1)

I max   a1  a2 

2 ( r2  r1 )


 ( r2  r1 )



(1.2)

2


2
thì: I min   a1  a2 
2
(a1+a2)2
a1+a2
(a1 - a2)2

Hình 1-8: Biểu diễn sự biến thiên của I theo  tuân theo hàm số (1.2)

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Chúng ta đã khảo sát trường hợp đơn giản nhất là cả hai sóng đều truyền trong
chân không (n = 1 và   0 ).
Nếu hai sóng truyền trong môi trường có chiết suất n1 và n2 thì ta phải dùng khái
niệm hiệu quang trình (hiệu các tích rini) thay cho hiệu đường truyền của hai sóng.
Trong trường hợp này, hiệu số pha của hai sóng được viết dưới dạng:
 =


2
(r2n2 – r1n1)


trong đó : (r2n2 – r1n1) là hiệu quang trình.
Khi hiệu quang trình tính đến một điểm nào đó bằng không, tức là r2n2 = r 1n1 thì
tại đó ta sẽ quan sát được cực đại giao thoa.
1.1.3.3. Hình dạng vân giao thoa
Theo hình học giải tích, quĩ tích của những điểm trong không gian có hiệu số các
khoảng cách tính từ chúng đến hai điểm cố định cho trước bằng một số không đổi là một
mặt hyperbôlôit tròn xoay, có hai tiêu điểm là hai điểm cố định đó.

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Hình 1-9
Quĩ tích của những điểm trong không gian có cùng một cường độ sáng cực đại
thỏa mãn điều kiện: d2 – d1 = k  = hằng số, là một họ mặt hyperbôlôit có hai tiêu điểm
là S1 và S2 nằm đối xứng với nhau qua mặt phẳng trung trực ứng với k = 0 (Hình 1-9).
Quĩ tích của những điểm trong không gian có cùng một cường độ sáng cực tiểu

thỏa mãn điều kiện: d2 – d1 = (2k + 1) = hằng số, là một họ mặt hyperbôlôit khác xen
2

giữa họ mặt ứng với các cực đại giao thoa.
1.1.3.4. Vị trí vân giao thoa
Đặt:

O1O2 = a
CM = x
O1M = r1
O2M = r2


OC = D
Ta hãy tính khoảng cách x tính
từ vân sáng thứ k (giả sử tại M) đến
vân sáng trung tâm tại C.
SVTH: Phạm Thị Quyên

Hình 1-10

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Kẻ O1H vuông góc với r2. Vì màn quan sát đặt xa và a << r1, r2, do đó có thể coi
O1H vuông góc BM và O1 H  r1  r2 . Từ hình vẽ ta có:
r1  r2  O1 H  atg  a

x
D

Vị trí các vân sáng được xác định bởi công thức:
r1  r2  a

Do đó:

x
 k

D
D
xk
a

Vị trí các vân tối được xác định bởi công thức:
x

r1  r2  a

 (2k  1)

2
D
x  (2k  1)
2a

Do đó:

D

Ta thấy các vân sáng và vân tối xen kẽ và cách đều nhau.
Khoảng cách giữa 2 vân sáng hoặc 2 vân tối liên tiếp nhau gọi là khoảng vân:
D
i  xk 1  xk 

a

Muốn quan sát rõ hệ vân trên màn thì khoảng vân i phải lớn, như vậy a phải nhỏ
và D phải lớn.

1.1.4. Hiện
khiThơ
dùng ánh
sáng trắng
Trung tâm
Họctượng
liệu giao
ĐHthoa
Cần
@ Tài
liệu học tập và nghiên cứu
Giả sử hai nguồn S1 và S 2 là hai nguồn phát ra ánh sáng trắng (gồm các ánh sáng
đơn sắc từ màu tím đến màu đỏ có bước sóng từ 0,4  m đến 0,76  m ). Khi đó mỗi ánh
sáng đơn sắc cho ta một hệ thống vân có màu là màu của ánh sáng đơn sắc đó.
Tất cả các hệ thống vân này đều có vân sáng trung tâm tại O, cho nên tại O ta
quan sát được vân màu trắng.
D
Vì khoảng vân i 
, Kết quả ở hai bên vân sáng trung tâm, ta có hai dải màu
a

trong đó màu tím gần vân trung tâm nhất và màu đỏ xa vân trung tâm nhất.
1.1.5. Giao thoa gây bởi các bản mỏng
1.1.5.1. Vân giao thoa có cùng bề dày
Gương phẳng G2 phản xạ mặt trên và gương bán thấu G1 phản xạ mặt dưới tạo
thành gương góc  . Giữa hai gương tạo thành nêm không khí (hình 1-11).
Khi rọi chùm sáng song song với góc tới nhỏ vào nêm sẽ có hai chùm phản xạ trở
lại. Xét tia SI của chùm, tia này đi vào gương G1, đến M nó tách thành hai: một phần
phản xạ tại M cho tia NL, một phần truyền qua nêm không khí, phản xạ trên mặt gương
G2, trở về M ra ngoài theo hướng MIS. Như vậy tại M sẽ có sự gặp nhau của hai tia

phản xạ trên hai mặt nêm. Hai chùm tia phản xạ giao thoa với nhau hình thành hệ thống
vân sáng tối. Mỗi vân được hình thành do những điểm phản xạ có cùng vị trí d. Hệ vân
như vậy gọi là vân giao thoa cùng bề dày.

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Hình 1-11: Nêm không khí – Vân cùng độ dày

Hiệu quang lộ của hai chùm tia được xác định theo: (nd )  2d 


(bởi n = 1,
2


là do phản xạ trên mặt G2 gây ra). Khi hiệu quang
2


lộ  (nd ) bằng số lẻ lần
có vân tối, khi (nd ) bằng số chẵn lần
có vân sáng.
2

2
Bề dày d tăng tỷ lệ thuận với chiều cao h nên khoảng cách giữa các vân sáng tối
đều nhau. Hệ vân như vậy còn được gọi là hệ vân Fizau.
Nếu thay G1 bằng mặt cầu (hình 1-12) ta nhận được hệ vân Fizau. Hệ vân này
gồm các vòng tròn sáng tối xen kẽ nhau gọi là vân tròn Newton.

quãng đường hình học 2d và phần

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu

Hình 1-12: Thí nghiệm về vân tròn Newton

1.1.5.2. Vân giao thoa có cùng độ nghiêng
R1
S
R2
A

i H

C

n
r
B

d

D


T2
T1
Hình 1-13: Vân cùng độ nghiêng

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Cho bản mỏng có bề dày không đổi d, chiết suất n (hình 1-13). Rọi sáng bản bằng
một nguồn sáng rộng. Xét một chùm song song đập lên bản dưới góc tới i. Mỗi tia của
chùm khi đập lên bản sẽ tách thành hai: một phần phản xạ ngay ở mặt trên, còn một
phần đi vào bản mỏng, phản xạ ở mặt dưới, đi lên trên và ló ra ngoài. Khi ra ngoài
không khí hai tia phản xạ song song với nhau và giao thoa với nhau ở vô cực.
Hiệu quang lộ của hai tia đó là:

2
2
  L1  L2  2d n  sin i 

2

Vì d không đổi do đó hiệu quang lộ chỉ phụ thuộc góc nghiêng i. Nếu góc
nghiêng i của chùm có giá trị sao cho   k  thì M là điểm sáng, còn nếu góc nghiêng i

thỏa   (2k  1) thì M là điểm tối.

2

Dùng một thấu kính hội tụ đưa hệ vân giao thoa về mặt phẳng tiêu của thấu kính,
ta thu được hệ vân là những vòng tròn đồng tâm sáng tối xen kẽ nhau. Hệ vân này được
gọi là vân giao thoa cùng độ nghiêng hay vân tròn Haiđing.

1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA GIAO THOA ÁNH SÁNG
1.2.1 Bộ lọc giao thoa
Bộ lọc giao thoa được cấu tạo từ bản thủy tinh quang học phủ vật liệu lưỡng cực
điện thành lớp dày hoặc một phần hai hoặc một phần tư bước sóng. Chúng có vai trò
cảnHọc
hoặc tăng
chọnThơ
lọc sự @
truyền
dải bước
qua sự kết
Trungngăn
tâm
liệucường
ĐH cóCần
Tàicácliệu
họcsóng
tậpđặc
vàbiệt
nghiên
cứu
hợp của giao thoa ánh sáng (Hình 1-14).Các bộ lọc được thiết kế để cho truyền qua một
phạm vi có giới hạn bước sóng được tăng thêm sức mạnh bởi sự giao thoa tăng cường
giữa sóng ánh sáng truyền qua và sóng ánh sáng phản xạ. Các bước sóng không được

chọn bởi bộ lọc không tăng cường lẫn nhau, và bị loại bỏ bởi sự giao thoa triệt tiêu hoặc
bị phản xạ ra xa bộ lọc.

Hình 1-14: Nguyên lý lọc giao thoa

Vật liệu lưỡng cực điện thường dùng trong các bộ lọc giao thoa là các muối kim
loại không dẫn điện và kim loại nguyên chất có giá trị chiết suất nhất định. Các muối
như kẽm sunfit, natri nhôm florit, và magiê florit, cũng như các kim loại (như nhôm,…)
SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

và một vài vật liệu chọn lọc khác được sử dụng cho việc thiết kế và chế tạo những bộ
lọc thuộc loại này. Việc chọn lọc bước sóng phụ thuộc vào chiều dày lớp lưỡng cực điện
và chiết suất của lớp mỏng phủ bên ngoài dùng chế tạo nên bộ lọc.
Các lớp phủ ngoài bộ lọc giao thoa được chế tạo theo từng đơn vị gọi là khoang,
mỗi khoang chứa bốn hoặc năm lớp lưỡng cực xen kẽ, các khoang phân cách nhau bởi
lớp phân cách. Số lượng khoang xác định độ chính xác toàn thể của việc chọn lọc bước
sóng. Hiệu suất lọc và chọn lọc bước sóng có thể làm tăng đột ngột bằng cách tăng số
lượng khoang, ví dụ như bộ lọc hiệu suất cao hiện nay có tới 10 – 15 khoang.
Những bộ lọc có tính chọn lọc cao này đã kích thích nghiên cứu truy tìm những
loại thuộc thuốc nhuộm fluorophore mới, và đột ngột đẩy mạnh việc tìm kiếm các biến
thể đột biến của protein hoạt tính sinh học phổ biến huỳnh quang màu xanh lá cây
(GFP).
1.2.2. Khử ánh sáng phản xạ trên các mặt kính

Một trong những ứng dụng thực tế của
hiện tượng giao thoa là sự khử phản xạ các mặt
kính. Khi một chùm sáng rơi vào mặt thấu kính Không khí
Thủy tinh
hay lăng kính thì một phần ánh sáng bị phản xạ
trở lại. Ánh sáng phản xạ này làm cho ảnh thu
được qua các dụng cụ trên bị mờ. Ngoài ra, ánh
sáng phản xạ từ các dụng cụ quang học dùng
quân
sự có
thể ĐH
làm lộ
mục Thơ
tiêu. Vì
Trungtrong
tâm
Học
liệu
Cần
@vậyTài liệu học tập và nghiên cứu
trong nhiều trường hợp cần phải khử ánh sáng
phản xạ các mặt kính.
Để khử phản xạ, mặt trước của thấu kính
được phủ một màng mỏng chất trong suốt đặc
biệt (hình 1-15). Khi đó tia tới bị phản xạ hai lần:
Hình 1-15: Khử ánh sáng phản xạ
trên mặt phân cách không khí - màng mỏng,
màng mỏng - thấu kính. Chiết suất n và bề dày d của màng được chọn sao cho hai tia
phản xạ ngược pha nhau. Lúc đó hai tia phản xạ sẽ làm tắt lẫn nhau và không còn ánh
sáng phản xạ nữa.

Để hai tia phản xạ ngược pha nhau thì bề dày d của màng mỏng phải thỏa điều
kiện:


d 0 
(1.3)
4n

4

Trong đó 0 và  là bước sóng ánh sáng trong chân không và trong chất chế tạo
màng mỏng.
Để điều kiện phản xạ trên hai mặt phân cách giống nhau (pha thay đổi  khi
phản xạ) chiết suất của màng mỏng phải được chọn sao cho 1  n  ntk , trong đó ntk là
chiết suất của thấu kính. Tính toán chứng tỏ rằng sự khử phản xạ tốt nhất khi:
n  ntk

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Công thức (1.3) chứng tỏ không thể khử được tất cả các ánh sáng phản xạ có
bước sóng khác nhau. Trong thực tế thường chọn bề dày d để công thức (1.3) thỏa mãn
với ánh sáng màu lục có bước sóng 0  0, 555 m là ánh sáng nhạy nhất đối với mắt
người. (Hoàng Xuân Dinh: Bài giảng quang học, năm 2002, trang 23)

1.2.3. Kiểm tra phẩm chất các mặt quang học
Mặt quang học có thể hiểu là những mặt gương, mặt thấu kính, lăng kính,…
Phẩm chất các mặt quang học có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng và độ sáng của ảnh.
Vì vậy trong những dụng cụ quang học tinh vi, các mặt quang học không được có những
vết xước hoặc chỗ gồ ghề quá 1/10 bước sóng. Kính hiển vi tốt nhất cũng không thể
phát hiện những sai sót bé như vậy, do đó phương pháp tốt nhất để kiểm tra phẩm chất
các mặt quang học là phương pháp giao thoa. Từ lâu phương pháp này đã được dùng
rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí quang học.
Để kiểm tra xem một mặt kính có thật phẳng hay không người ta dùng một tấm
kính mẫu thật phẳng và đặt tấm kính cần kiểm tra nghiêng trên tấm kính mẫu một góc
rất nhỏ. Như vậy ta đã tạo ra một nêm không khí giữa hai tấm kính. Rọi lên nêm một
chùm ánh sáng đơn sắc (hình 1-16). Nếu mặt kính cần kiểm tra thật phẳng thì các vân
giao thoa là những đoạn thẳng song song. Nếu mặt kính không bằng phẳng thì tại những
chỗ lồi lõm vân giao thoa bị cong đi, do đó ta biết những chỗ lồi lõm để sửa chữa (hình
1-16 ).

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu

Hình 1-16: Kiểm tra các mặt kính phẳng

Để kiểm tra một mặt kính lồi có đúng mặt cầu hay không (thí dụ mặt lồi của thấu
kính) ta cũng đặt mặt cần kiểm tra lên một tấm kính mẫu thật phẳng, rồi rọi lên một
chùm ánh sáng đơn sắc. Nếu mặt cần kiểm tra đúng là mặt cầu thì các vân giao thoa
Niutơn là các vòng tròn, nếu sai lệch ở chỗ nào thì chỗ đó vân Niutơn sẽ bị méo mó
(Hình 1-17).

Hình 1-17

SVTH: Phạm Thị Quyên


Trang 14


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Kết quả kiểm tra bằng phương pháp giao thoa giúp ta sửa chữa được những sai
lệch rất nhỏ vào cỡ 0,03  m đến 0,003  m .
Để kiểm tra phẩm chất các mặt quang học người ta dùng vi giao thoa kế Linhit
(xem mục 1.2.5.2)
1.2.4. Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí. Giao thoa kế Rayleigh
Giao thoa kế Rayleigh thường được dùng để đo chiết suất của các chất khí có giá
trị rất gần đơn vị hoặc để khảo sát sự biến thiên của chiết suất chất khí theo áp suất và
nhiệt độ.
Sơ đồ giao thoa kế Rayleigh được biểu diễn trên hình 1-18. Hai ống T1 và T2
hoàn toàn giống nhau được đặt sau hai khe Young S1 và S2 và được chiếu bằng chùm
ánh sáng song song cho bởi ống chuẩn trực SL1. Vân giao thoa xuất hiện trên tiêu diện
của thấu kính L2 và được quan sát bằng thị kính OT.

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Hình 1-18: Giao thoa kế Rayleigh

Giả sử hai ống T1 và T2 đều chứa cùng một chất khí cần nghiên cứu ở áp suất và
nhiệt độ như nhau. Khi đó quang trình của hai chùm tia giao thoa bằng nhau: vân sáng
trung tâm của hệ vân nằm đúng chính giữa thị trường của máy và được đánh dấu bằng
dây chữ thập trong thị kính. Ta rút hết khí trong ống T2 chẳng hạn, thì hệ vân sẽ bị dịch
chuyển về phía có ống T1. Khi đó hiệu quang trình của hai chùm tia giao thoa là:
r   n  1 L
(L là độ dài của mỗi ống T1 và T2)

Sự thay đổi của hiệu quang trình làm dịch chuyển hệ vân. Khi quang trình thay
đổi một lượng r hệ vân sẽ dịch chuyển một khoảng :
x=

Lr
d

( d là khoảng cách giữa hai khe S1 và S2 ).

Khoảng cách giữa hai vân liên tiếp bằng :
x 

L
.
d

Do đó, số khoảng vân đã dịch chuyển là :
SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 15


Luận văn tốt nghiệp

p

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

x r
L


 (n  1)

x 

(p có thể là số nguyên hoặc không nguyên)

Bây giờ nếu ta cho khí từ từ trở lại thì hệ vân cũng từ từ trở về vị trí cũ và ta có
thể đếm số khoảng vân p chạy qua dây chữ thập trong thị trường của máy. Như vậy đếm
được p, biết được L và  , ta tính được n theo công thức :
n  1

p
L

Dùng giao thoa kế Rayleigh có thể xác định được độ biến thiên chiết suất rất bé.
Thí dụ với L = 5cm,   0,5 m , p = 0,1 khoảng vân, ta có : n  1 

0,1.5.10 6
 107 .
5

Tức là đo được độ biến thiên rất bé.
1.2.5.Thiết bị giao thoa đo chiều dài. Giao thoa kế Maikensơn
1.2.5.1. Nguyên lý giao thoa kế Maikensơn
.Hình 1-19 mô tả nguyên lý cấu tạo giao thoa kế Maikensơn.
Ánh sáng từ nguồn O rọi tới một
bản thủy tinh T dưới góc tới 450; bản này
có hai mặt song song, một mặt được
mộtHọc

lớp bạc
rất ĐH
mỏngCần
để ánhThơ
sáng @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Trungtráng
tâm
liệu
vừa có thể truyền qua vừa có thể phản xạ
(gương bán thấu, còn gọi là bản chia
sáng).
Chùm sáng từ nguồn gặp gương
bán thấu T chia thành hai chùm thành
phần: Chùm phản xạ ở lớp bán thấu T
qua bản K (bản bổ chính) rồi phản xạ
trên gương G1 đặt vuông góc với trục
quang, chùm sáng trở lại lớp bán thấu
của T. Chùm qua T phản xạ trên gương
Hình 1-19: Nguyên lý giao thoa kế Maikensơn
G2 đặt nghiêng góc nhỏ, chùm này trở lại
lớp bán thấu của T để giao thoa với
chùm thứ nhất. Mắt quan sát được các vân giao thoa định sứ sau lớp bán thấu T. Bản K
được sử dụng để cân bằng quang lộ hai chùm thành phần. Ảo ảnh G2’ tạo với gương G1
nêm không khí (hình 1-19).
Nguyên lý giao thoa kế Maikensơn vận dụng cả hai khả năng: tạo vân cùng bề
dày và vân cùng độ nghiêng. Khi hai gương lập với nhau một góc phù hợp với giao thoa
cùng bề dày (hình 1-11) có hệ vân Fizau. Khi chỉnh để hai gương song song với nhau
phù hợp với giao thoa cùng độ nghiêng (hình 1-13) có các vân Haiđing. (Hoàng Hồng
Hải – Trần Định Tường: Quang kỹ thuật. NXB khoa học và kỹ thuật, trang 196)
SVTH: Phạm Thị Quyên


Trang 16


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Những đặc trưng kỹ thuật của một giao thoa kế Maikensơn được trình bày trong
phụ lục 1.
1.2.5.2. Vi giao thoa kế Linhit
Viện sĩ Linhit đã dùng nguyên tắc hoạt động của giao thoa kế Maikensơn để chế
tạo nên “vi giao thoa kế” và gọi là vi giao thoa kế Linhit. Nó là giao thoa kế Maikensơn
kích thước nhỏ, mà kính ngắm là một kính hiển vi thông thường (hình 1-20). Dụng cụ
này rất nhạy, cho phép kiểm tra phẩm chất các mặt quang học, phát hiện những vết xước
trên mặt sản phẩm có độ sâu chừng 10-7m.
G2

Kính hiển vi

G1
Hình 2-20: Vi giao thoa kế Linhit

học. NXB
Giáo@
Dục,
trang
65)học tập và nghiên cứu
Trung tâm(Huỳnh
Học Huệ:

liệuQuang
ĐH Cần
Thơ
Tài
liệu
1.2.5.3. Máy giao thoa đo chiều dài tuyệt đối

Hình 1-21: Máy giao thoa đo chiều dài

Giao thoa kế Maikensơn có thể đo chiều dài với độ chính xác rất cao.
Muốn đo chiều dài của một vật nào đó ta dịch chuyển một gương(gương G2
chẳng hạn) từ đầu này sang đầu kia của vật và đếm số vân dịch chuyển (hình 1-21).

Khi dịch chuyển gương song song với chính nó dọc theo tia sáng một đoạn
thì
2

hiệu quang lộ của hai tia thay đổi là  và hệ thống vân dịch chuyển đi một khoảng vân.
SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 17


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Nếu hệ thống vân dịch chuyển đi m khoảng vân thì chiều dài của vật cần đo là:

lm


2

Nhờ giao thoa kế Maikensơn có thể so sánh chiều dài của mét mẫu so với bước
sóng ánh sáng, đó là một trong những cơ sở để định nghĩa mét qua bước sóng ánh sáng.
(Lương Duyên Bình: Vật lý đại cương, tập 3, phần 1, NXB Giáo Dục, trang 42)
Mét là độ dài bằng 1650763,13 bước sóng trong chân không của ánh sáng đỏ - da
cam của Kriptôn 86 (86Kr) (Huỳnh Huệ: Quang học, NXB Giáo Dục, trang 67)
1.2.5.4. Máy giao thoa xác định sai số của thước số

Trung tâm Học liệu
ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Hình 1-22: Máy giao thoa chuẩn thước
Hình 1-22 là sơ đồ quang của máy giao thoa xác định sai số của các thước đo
thiết kế theo nguyên lý Maikensơn. Hệ vân giao thoa được hình thành do giao thoa hai
chùm sáng phản xạ từ G2 và G1. Xe đo dịch chuyển thước theo khoảng cách mỗi vạch
nhờ kính hiển vi quan sát M. Độ lệch hệ vân với chuẩn là sai số của từng vạch trên
thước. (Hoàng Hồng Hải – Trần Định Tường: Quang kỹ thuật. NXB khoa học và kỹ
thuật, trang 197)
1.2.5.5. Máy giao thoa xác định dịch chuyển bằng chùm laser

Hình 1-23: Đo dịch chuyển độ dài bằng giao thoa kế Laser

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 18


Luận văn tốt nghiệp


GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Hình 1-23 là sơ đồ quang của máy giao thoa xác định sai số của các thước đo
thiết kế theo nguyên lý Maikensơn sử dụng chùm sáng laser. Hệ vân giao thoa được
hình thành tại tiêu diện thứ hai vật kính VK1. Chùm laser được phân thành hai chùm tại
lớp bán thấu T. Chùm thứ nhất phản xạ ở lớp bán thấu T, đi tới gương cầu G2 rồi trở lại
vào vật kính VK1. Chùm thứ hai qua bán thấu T, đến gương cầu G1 rồi trở lại và phản xạ
trên T vào vật kính VK1 và tạo hệ vân giao thoa trên F’. Xe đo dịch chuyển thước theo
khoảng cách mỗi vạch. Nhờ bộ đếm vạch thước và bộ đếm vân xác định vị trí tức thời
của thước. Nhờ đó xác định được khoảng cách giữa hai vị trí tức thời. (Hoàng Hồng Hải
– Trần Định Tường: Quang kỹ thuật, NXB khoa học và kỹ thuật, trang 198)
Ngoài ra cũng chính nhờ giao thoa kế Maikensơn, ông Maikensơn đã hoàn thành
một thí nghiệm nổi tiếng: xác định tính bất biến của vận tốc ánh sáng đối với các hệ quy
chiếu, một trong các tiên đề của thuyết tương đối Anhxtanh. (Lương Duyên Bình: Vật lý
đại cương, tập 3, phần 1, NXB Giáo Dục, trang 42)
1.2.6. Giao thoa kế Fabry – Perot
Giao thoa kế Fabry – Perot do Charles Fabry và Alfred Perot chế tạo lần đầu tiên
vào cuối thế kỷ XIX đóng vai trò khá quan trọng trong quang học hiện đại. Ngoài việc là
một dụng cụ quang phổ học có năng suất phân giải cực cao, nó còn được dùng làm
buồng cộng hưởng quang học laser, làm bộ lọc tần số ánh sáng có tính chọn lọc cao.
Giao thoa kế Fabry – Perot gồm hai mặt phẳng song song có độ phản xạ cao, đặt
cách nhau một khoảng nhất định. Đó có thể là hai gương bán mạ đặt song song cách
mộtHọc
khoảng
d trong
(Khi @
sử dụng
cáchcứu
d
Trungnhau

tâm
liệu
ĐHkhông
CầnkhíThơ
Tài trong
liệu quang
học phổ
tậphọc
vàkhoảng
nghiên
vào khoảng vài milimet đến vài centimet, khoảng cách này lớn hơn nhiều khi dùng làm
buồng cộng hưởng laser); hoặc một tấm thạch anh hai mặt song song, đánh bóng hoặc
mạ bạc cũng có thể dùng làm một mẫu Febry – Perot.
* Nguyên tắc hoạt động
Sơ đồ nguyên tắc của giao thoa kế Fabry – Perot được thể hiện trên hình 1-24.
E1 E2

L

P2
i

O

i
d
a)
b)

Hình 1-24: Giao thoa kế Fabry – Perot

a) Đường đi của các tia sáng
b) Sơ đồ nguyên tắc

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 19

P


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. HOÀNG XUÂN DINH

Chiếu ánh sáng đơn sắc tới các mặt E1, E2 thì có một phần ánh sáng khúc xạ và
một phần ánh sáng bị phản xạ trở lại (hình 1-24a). Ta có thể quan sát thấy sự giao thoa
của nhiều tia phản xạ r1, r2,… và sự giao thoa của nhiều tia khúc xạ t1, t2,…
Xét hiệu quang lộ của hai tia ló ra liên tiếp là tia t1 và tia t2:
l  JK  KL  JH

Ta dễ dàng suy ra hiệu quang lộ của hai tia ló ra liên tiếp là:
l  2nd cos r

Nếu hiệu quang lộ này bằng một số nguyên lần bước sóng thì giao thoa sẽ được
tăng cường. Vân giao thoa định xứ ở vô cực hay ở mặt phẳng tiêu của thấu kính hội tụ.
Vậy điều kiện để có giao thoa tăng cường của các sóng là:
2nd cos r  m
Ảnh của các vân giao thoa cũng là những vòng tròn đồng tâm trên mặt phẳng tiêu
của thấu kính (hình 1-24b).
Khi quan sát giao thoa của chùm truyền qua, các vân sáng hẹp nổi lên trên một

nền tối rất dễ quan sát. Ngược lại, trong giao thoa của chùm phản xạ, ta sẽ quan sát được
các vân tối hẹp trên nền sáng. Vì vậy trong thực tế, người ta thường sử dụng giao thoa
với ánh sáng truyền qua. (Nguyễn Thế Bình: Quang phổ học thực nghiệm, NXB Giáo
Dục, trang 109)
1.2.7. Phương pháp chụp ảnh màu
chùm
sángĐH
có Cần
bước sóng
Trung tâmRọiHọc
liệu
Thơ0@ Tài liệu học tập và nghiên cứu
vuông góc với kính ảnh (hình 1-25), lúc đó
chùm tới và chùm phản xạ trên bề mặt
thủy ngân sẽ giao thoa với nhau và tạo
thành sóng đứng. Ở trên các mặt phẳng
bụng, biên độ dao động sóng cực đại, vì
vậy sau khi hiện hình phim, các mặt phẳng
bụng đó sẽ tạo thành các lớp bạc phản xạ
ánh sáng. Các lớp bạc đó song song với
Hình 1-25

0
.
2
Giả sử rọi lên phim (sau khi đã hiện hình) một chùm sáng bước sóng  , nó sẽ bị
phản xạ trên các lớp bạc và hiệu đường đi của các sóng phản xạ trên hai lớp bạc kế tiếp
sẽ bằng 0 . Nếu   0 thì các tia phản xạ sẽ đồng pha, chúng giao thoa với nhau và

nhau và cách nhau


tăng cường lẫn nhau. Những sóng có bước sóng khác có hiệu đường đi của các tia phản
xạ khác  nên chúng không tăng cường lẫn nhau. Quả vậy, giả sử hiệu đường đi của các

tia phản xạ từ hai lớp kế tiếp là
thì hiệu đường đi của các tia phản xạ từ lớp thứ nhất
4

SVTH: Phạm Thị Quyên

Trang 20