Sự Nhiễu Xạ ánh Sáng: Mô Tả, ứng Dụng, Ví Dụ - Khoa HọC - 2022

NộI Dung

• Mô tả hiện tượng nhiễu xạ
• Nguyên tắc Fresnel - Huygens
• Các ứng dụng của nhiễu xạ ánh sáng
• Phát hiện khuyết tật hoặc vết gãy trên bề mặt
• Nâng cao hình ảnh nhiếp ảnh
• Ví dụ hàng ngày về nhiễu xạ
• cầu vồng
• Màu sắc của đĩa CD
• Ảnh ba chiều
• Halos xung quanh các vật thể phát sáng
• Màu sắc bong bóng xà phòng
• Người giới thiệu

Các nhiễu xạ ánh sáng là tên được đặt cho sự biến dạng của chùm ánh sáng khi nó chạm vào một vật thể nhỏ hoặc một khe hở nhỏ trên màn hình. Chính Francesco Maria Grimaldi người Ý đã đặt tên cho hiện tượng nhiễu xạ và là người đầu tiên nghiên cứu nó vào năm 1665.

Khi vật thể hoặc khe chặn chùm sáng có thứ tự từ phần mười milimét trở xuống, bóng chiếu sẽ không chính xác. Đúng hơn, nó khuếch tán xung quanh những gì nên là bóng hình học của nó. Điều này là do chùm sáng bị lệch và lan ra xung quanh các cạnh của vật cản.

Hình trên cho thấy một mô hình rất đặc biệt của các vùng sáng và tối xen kẽ. Nó được tạo ra bởi ánh sáng từ một con trỏ laser (bước sóng 650nm) đi qua một khe hình vuông 0,1mm x 0,1mm và chiếu lên màn hình.

Hiện tượng hình thành vân này cũng được quan sát thấy trong sóng âm và sóng trên bề mặt nước, cũng như trong sóng vô tuyến và tia X. Đó là lý do tại sao chúng ta biết rằng nó là một hiện tượng sóng đặc biệt.

Mô tả hiện tượng nhiễu xạ

Trong chùm ánh sáng đơn sắc (chứa một bước sóng duy nhất) như ánh sáng laze, sự nhiễu xạ của chùm ánh sáng tới trên vật cản tạo thành dạng dải sáng và dải tối khi chiếu lên màn.

Sự sắp xếp các vùng sáng và tối này được gọi làhình ảnh nhiễu xạ.

Nguyên tắc Fresnel - Huygens

Sự nhiễu xạ được giải thích theo cách cổ điển, theo Nguyên lý Fresnel-Huygens.

Nó xuất phát từ sự chồng chất của các sóng hình cầu phát ra từ mép của vật cản và từ các điểm khác của mặt trước sóng tiếp giáp với các mép, theo cách mà có sự giao thoa giữa các sóng đến từ tập hợp các nguồn thứ cấp này.

Khi hai hay nhiều sóng trùng nhau ở cùng một nơi trong không gian thì giữa chúng xảy ra hiện tượng giao thoa. Sau đó, có thể xảy ra rằng các biên độ tương ứng của chúng được cộng hoặc trừ, sau đó mỗi biên độ đi theo cách riêng của mình.

Tất cả phụ thuộc vào việc các sóng có trùng pha hay không. Nếu vậy, biên độ cộng lại, trong khi ở những nơi mà sóng lệch pha hoặc ngược pha, biên độ giảm hoặc bị hủy bỏ.

Đó là lý do tại sao hình ảnh nhiễu xạ có vùng sáng và vùng tối.

Không giống như hiện tượng giao thoa ánh sáng, trong đó số nguồn sóng là hai hoặc ba, trong trường hợp nhiễu xạ số nguồn sóng hình cầu thứ cấp rất lớn và có xu hướng tạo thành một chuỗi nguồn liên tục.

Giao thoa sóng trong nhiễu xạ đáng chú ý hơn nếu nguồn có một bước sóng duy nhất và tất cả các photon tạo nên chùm ánh sáng đều cùng pha, như trường hợp với ánh sáng từ laser.

Các ứng dụng của nhiễu xạ ánh sáng

Phát hiện khuyết tật hoặc vết gãy trên bề mặt

Các phép đo giao thoa đốm nó là một trong những ứng dụng thực tế của hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.

Khi một bề mặt được chiếu sáng bằng ánh sáng laze, các mặt sóng của ánh sáng phản xạ từ bề mặt là cùng pha, nhưng chúng lệch pha sau khi truyền đến tấm hoặc màn hình mà hình ảnh được ghi lại.

Có một mẫu nhiễu xạ lốm đốm được tạo ra (lấm tấm bằng tiếng Anh), cung cấp thông tin về bề mặt mà từ đó các photon phản xạ đến.

Bằng cách này, có thể phát hiện ra các khuyết tật hoặc vết gãy ở một bộ phận mà khó có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Nâng cao hình ảnh nhiếp ảnh

Kiến thức về các dạng nhiễu xạ có trong ảnh chụp hoặc ảnh kỹ thuật số của các đối tượng thiên văn: sao hoặc tiểu hành tinh, phục vụ cho việc cải thiện độ phân giải của ảnh thiên văn.

Kỹ thuật này bao gồm việc thu thập một số lượng lớn các hình ảnh của cùng một đối tượng có độ nét hoặc độ sáng thấp.

Sau đó, khi được xử lý tính toán và trích xuất tiếng ồn từ nhiễu xạ, chúng tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao hơn.

Đây là cách có thể hiển thị các chi tiết đã bị che trước đó trong bản gốc, chính xác là do nhiễu xạ ánh sáng.

Ví dụ hàng ngày về nhiễu xạ

Nhiễu xạ là một hiện tượng mà hầu như tất cả chúng ta đều quan sát thấy, nhưng không phải lúc nào chúng ta cũng xác định đúng nguồn gốc của nó. Dưới đây là một số ví dụ:

cầu vồng

Cầu vồng được tạo ra chủ yếu bởi sự chồng chất của sóng khúc xạ và phản xạ bên trong những giọt nước nhỏ.

Chúng tạo nên một tập hợp rất lớn các nguồn sáng thứ cấp, mà sóng giao thoa với nhau, tạo thành mô hình cầu vồng đầy màu sắc mà chúng ta vô cùng ngưỡng mộ sau cơn mưa.

Màu sắc của đĩa CD

Ánh sáng phát ra từ đĩa CD hoặc DVD cũng tạo thành các họa tiết đầy màu sắc nổi bật. Chúng có nguồn gốc từ hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng được phản xạ bởi các rãnh nhỏ hơn milimet tạo nên các rãnh.

Ảnh ba chiều

Hình ba chiều thường xuất hiện trên thẻ tín dụng và các sản phẩm có thương hiệu tạo thành hình ảnh ba chiều.

Đó là do sự chồng chất của sóng đến từ vô số điểm phản chiếu được in. Những điểm này không phân bố ngẫu nhiên, mà được hình thành bởi hình ảnh nhiễu xạ của vật thể ban đầu, được chiếu bằng ánh sáng laze và sau đó được khắc trên tấm ảnh.

Halos xung quanh các vật thể phát sáng

Đôi khi có thể nhìn thấy quầng sáng hoặc vòng tròn xung quanh Mặt trời hoặc Mặt trăng.

Chúng được hình thành nhờ vào thực tế là ánh sáng đến từ các thiên thể này bị phản xạ hoặc phản xạ trong vô số các hạt hoặc tinh thể được hình thành trong bầu khí quyển trên.

Đến lượt chúng, chúng hoạt động như các nguồn thứ cấp và sự chồng chất của chúng làm phát sinh dạng nhiễu xạ tạo thành quầng thiên thể.

Màu sắc bong bóng xà phòng

Sự óng ánh của một số bề mặt như bong bóng xà phòng, hoặc cánh trong mờ của một số loài côn trùng, được giải thích bằng hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Trên những bề mặt này, tông màu và màu sắc của ánh sáng quan sát được thay đổi tùy theo góc quan sát.

Các photon phản xạ trong các lớp mỏng bán trong suốt tạo thành một tập hợp lớn các nguồn ánh sáng giao thoa xây dựng hoặc triệt tiêu.

Do đó, chúng tạo thành các mẫu tương ứng với các bước sóng hoặc màu sắc khác nhau, trong đó ánh sáng từ nguồn ban đầu được tạo thành.

Do đó, chỉ những bước sóng từ những con đường nhất định mới được quan sát: những bước sóng đi từ điểm phản xạ đến mắt người quan sát và có sự khác biệt hoàn toàn về bước sóng.

Các bước sóng không đáp ứng yêu cầu này bị hủy bỏ và không thể quan sát được.

Người giới thiệu

1. Bauer, W. 2011. Vật lý cho Kỹ thuật và Khoa học. Tập 1. Mc Graw Hill.
2. Figueroa, D. (2005). Loạt bài: Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 7. Sóng và Vật lý lượng tử. Biên tập bởi Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. Ngày 6. Ed Prentice Hall.
4. Serway, R., Jewett, J. (2008). Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 1. Thứ 7. Ed. Cengage Learning.
5. Tipler, P. (2006). Vật lý cho Khoa học và Công nghệ. Lần xuất bản thứ 5. Tập 1. Reverté biên tập.
6. Wikipedia. Sự nhiễu xạ. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.