Giáo trình môn quang điện tử - chương 1

Tính chất vật lý của ánh sáng Bằng phương pháp toán học, Macxoen đã chứng minh rằng điện từ trường do một điện tích điểm dao động theo phương thẳng đứng tại một điểm sinh ra sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng. Sóng đó được gọi là sóng điện từ. Người ta nói rằng điện tích dao động đã bức xạ ra sóng điện từ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình môn quang điện tử - chương 1 Chương 1: Các kiến thức cơ bản Chƣơng 1 CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN 1.1 Ánh sáng 1.1.1. Tính chất vật lý của ánh sáng Bằng phương pháp toán học, Macxoen đã chứng minh rằng điện từ trường do một điện tích điểm dao động theo phương thẳng đứng tại một điểm sinh ra sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng. Sóng đó được gọi là sóng điện từ. Người ta nói rằng điện tích dao động đã bức xạ ra sóng điện từ. Nếu xét theo một phương truyền Ox, sóng điện từ là sóng ngang có thành phần điện dao động theo phương thẳng đứng và thành phần từ dao động theo phương nằm ngang. Hình 1.1. Sóng điện từ lan truyền trong không gian Tần số sóng điện từ bằng tần số của điện tích dao động và vận tốc của nó trong chân không bằng vận tốc ánh sáng trong chân không. Năng lượng của sóng điện từ tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số. Ngày nay, người ta đã biết rằng sóng điện từ có đầy đủ các tính chất như sóng cơ học, nhưng sóng cơ học, truyền đi trong những môi trường đàn hồi, còn sóng điện từ thì tự nó truyền đi mà không cần nhờ đến sự biến dạng của một môi trường đàn hồi nào cả, vì vậy nó truyền được cả trong chân không. Ánh sáng khả kiến dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm). Ánh sáng lạnh là ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ tím. Ánh sáng nóng là ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ. Ánh sáng có quang phổ trải đều từ đỏ đến tím là ánh sáng trắng, ánh sáng có bước sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp gọi là ánh sáng đơn sắc. 1 Chương 1: Các kiến thức cơ bản Hình 1.2. Phân loại Sóng điện từ Ánh sáng tự nhiên hoặc ánh sáng nhìn thấy được chiếm một phần rất nhỏ trong phổ sóng điện từ. 1.1.2. Bƣớc sóng và màu sắc ánh sáng Đo bước sóng của những ánh sáng đơn sắc khác nhau bằng phương pháp giao thoa, người ta thấy mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng hoàn toàn xác định. Chẳng hạn:  ánh sáng màu đỏ ở đầu của dải màu liên tục có bước sóng: .  ánh sáng màu tím ở cuối của dải màu liên tục có bước sóng:  Ánh sáng vàng do đèn hơi natri phát ra có bước sóng: . Như vậy, ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một bước sóng xác định. Màu ứng với ánh sáng đó gọi là màu đơn sắc hay màu quang phổ. Thực ra, những ánh sáng đơn sắc có bước sóng lân cận nhau thì gần như có cùng một màu. Vì vậy, người ta đã phân định ra trong quang phổ liên tục những vùng màu khác nhau:  Vùng đỏ có bước sóng từ:  Vùng da cam và vàng có bước sóng từ: (Vùng da cam và Vùng vàng)  Vùng lục có bước sóng từ:  Vùng lam - chàm có bước sóng từ: (Vùng lam- chàm)  Vùng tím có bước sóng từ: Ngoài các màu đơn sắc, còn có các màu không đơn sắc, là hỗn hợp của nhiều màu đơn sắc với những tỉ lệ khác nhau. 2 Chương 1: Các kiến thức cơ bản Hình 1.3. màu sắc và bước sóng của ánh sáng 1. Tia hồng ngoại Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy dược có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ . Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ. Tia hồng ngoại do các vật bị nung nóng phát ra. Vật có nhiệt độ thấp chỉ phát ra được các tia hồng ngoại. Chẳng hạn như thân thể người ở nhiệt độ chỉ phát ra các tia hồng ngoại trong đó mạnh nhất là các tia có bước sóng ở vùng . Vật có nhiệt độ bắt đầu phát ra ánh sáng màu đỏ tối nhưng mạnh nhất vẫn là các tia hồng ngoại ở vùng bước sóng . Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 50% năng lượng của chùm sáng là thuộc về các tia hồng ngoại. Nguồn phát tia hồng ngoại thường dùng là các bóng đèn có dây tóc bằng vonfram nóng sáng công suất từ 250W đến 1000W. Nhiệt độ dây tóc bóng đèn đó vào khoảng . Tác dụng nổi vật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt. Ngoài ra, tia hồng ngoại cũng có tác dụng lên một loại kính ảnh đặc biệt gọi là kính ảnh hồng ngoại. Nếu chụp ảnh các đám mây bằng kính ảnh hồng ngoại thì ảnh các đám mây sẽ nổi lên rất rõ rệt. Đó là các đám mây chứa hơi nước ít hay nhiều sẽ hấp thụ các tia hồng ngoại yếu hay mạnh rất khác nhau. Ứng dụng quan trọng nhất của các tia hồng ngoại là dùng để sấy hoặc sưởi. Trong công nghiệp, người ta dùng tia hồng ngoại để sấy khô các sản phẩm sơn (như vỏ ôtô, vỏ tủ lạnh v.v…) hoặc các hoa quả như chuối, nho v.v… Trong y học, người ta dùng đèn hồng ngoại để sưởi ấm ngoài da cho máu lưu thông được tốt. 3 Chương 1: Các kiến thức cơ bản 2. Tia tử ngoại Tia tử ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được, có bước sóng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng tím . Tia tử ngoại có bản chất là sóng điện từ. Mặt Trời là một nguồn phát tia tử ngoại rất mạnh. Khoảng 9% công suất của chùm ánh sáng mặt trời là thuộc về các tia tử ngoại. Các hồ quang điện cũng là những nguồn phát tia tử ngoại mạnh. Trong các bệnh viện và phòng thí nghiệm, người ta dùng các đèn thuỷ ngân làm nguồn phát các tia tử ngoại. Ngoài ra những vật nung nóng trên cũng phát ra tia tử ngoại rất mạnh. Tia tử ngoại bị thuỷ tinh, nước v.v… hấp thụ rất mạnh. Thạch anh thì gần như trong suốt đối với các tia tử ngoại có bước sóng nằm trong vùng từ ( gọi là vùng tử ngoại gần ). Tia tử ngoại có tác dụng rất mạnh lên kính ảnh. Nó có thể làm cho một số chất phát quang. Nó có tác dụng iôn hoá không khí. Ngoài ra, nó còn có tác dụng gây ra một số ...