Thí nghiệm vật lý 2 Bài 1 KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG I. MỤC ĐÍCH - Khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng cho bởi giao thoa kế Michelson và hệ giao thoa cho vân tròn Newton (vân cùng độ dày). - Xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc của nguồn sáng. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Định nghĩa: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng gặp nhau của hai hay nhiều sóng ánh sáng, kết quả trong trường giao thoa sẽ xuất hiện những vân sáng và những vân tối xen kẽ nhau. Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa: các sóng ánh sáng phải là sóng kết hợp (những sóng có cùng tần số và hiệu pha không đổi theo thời gian). Nguyên tắc tạo ra hai sóng ánh sáng kết hợp: từ một sóng duy nhất tách ra thành hai sóng riêng biệt (ví dụ: 2 khe Young, gương Fresnel, lưỡng lăng kính Fresnel, bán thấu kính Billet, gương Lloyd ...). Điều kiện cực đại, cực tiểu giao thoa: Điều kiện cực đại giao thoa là hai dao động sáng cùng pha với nhau: hay hiệu quang lộ: với (1) Điều kiện cực tiểu giao thoa là hai dao động sáng ngược pha với nhau: hay hiệu quang lộ: với (2) Những máy đo dựa vào hiện tượng giao thoa ánh sáng gọi là Giao thoa kế. Nhờ giao thoa kế có thể phát hiện được những độ biến thiên chừng vài phần trăm bước sóng. Vì vậy giao thoa kế là một trong những máy đo chính xác nhất và phép đo bằng phương pháp giao thoa ánh sáng là một trong những phép đo chính xác nhất. Giao thoa kế có nhiều kiểu khác nhau tuỳ theo công dụng của mỗi máy, ví dụ đo độ dài các vật với độ chính xác cao (10 -8 m đến 10 -9 m), xác định chiết suất của các môi trường trong suốt, kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học (chính xác đến 1/50 của ), đo độ biến thiên nhỏ của chiều dày, xác định chính xác các góc rất bé giữa các mặt phẳng hoặc đo bước sóng ánh sáng… Nguyên lý hoạt động của tất cả các loại giao thoa kế đều giống nhau: một chùm sáng đơn sắc được phân làm hai chùm riêng biệt nhau, truyền theo hai đường khác nhau, sau đó lại gặp nhau và cho hình ảnh giao thoa. Nguyên tắc này được áp dụng trong các giao thoa kế Rayleigh, Michelson, Linhit , giao thoa kế Mach-Zehnder dùng trong chuyển mạch quang… Như vậy các giao thoa kế chỉ khác nhau ở cách tạo sóng kết hợp và mục đích công việc. Sau đây ta sẽ khảo sát giao thoa kế Michelson và giao thoa cho bởi hệ vân tròn Newton, dùng hai giao thoa này để đo bước sóng ánh sáng. 1. Giao thoa kế Michelson Trên hình 1 trình bày sơ đồ nguyên lý của giao thoa kế Michelson. Ánh sáng từ nguồn S chiếu tới bản bán mạ P (có hệ số phản xạ là 0,5) dưới góc 45 o . Tại đây ánh sáng bị tách thành hai tia: tia phản xạ truyền đến gương G 1 và tia khúc xạ truyền đến gương G 2 . Sau khi phản xạ trên hai gương G 1 và G 2 các tia sáng truyền ngược trở lại, đi qua bản P và tới giao thoa với nhau ở màn quan sát. Vì tia thứ nhất chỉ đi qua bản P một lần, còn tia thứ 1