Giao thoa ánh sáng là một hiện tượng thú vị và quan trọng trong vật lý học. Bài viết này sẽ đi sâu vào hiện tượng giao thoa ánh sáng, đặc biệt là thí nghiệm nổi tiếng của Young (Young's double slit experiment) và cách tính khoảng vân. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các điều kiện để có giao thoa cực đại và giao thoa cực tiểu, cũng như các ứng dụng thực tế của hiện tượng này. Nếu bạn muốn hiểu rõ hơn về bản chất sóng của ánh sáng và cách nó tương tác với nhau, đây là bài viết dành cho bạn.
Giao thoa ánh sáng xảy ra khi hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp với nhau trong không gian. Điều kiện cần để có giao thoa là các sóng ánh sáng phải là sóng kết hợp (coherent waves), tức là chúng phải có cùng tần số (hoặc bước sóng) và hiệu số pha không đổi theo thời gian. Khi các sóng này gặp nhau, chúng sẽ chồng chất lên nhau, tạo ra một mô hình giao thoa gồm các vùng sáng và tối xen kẽ nhau.
Để dễ hình dung, hãy tưởng tượng hai hòn đá được ném xuống mặt hồ. Chúng tạo ra hai hệ sóng lan tỏa. Ở những chỗ sóng từ cả hai hòn đá gặp nhau, chúng có thể cộng hưởng (constructive interference) làm biên độ sóng lớn hơn, hoặc triệt tiêu (destructive interference) làm biên độ sóng nhỏ hơn. Giao thoa ánh sáng cũng diễn ra tương tự như vậy.
Thí nghiệm khe Young, được thực hiện lần đầu tiên bởi Thomas Young vào năm 1801, là một thí nghiệm kinh điển chứng minh tính sóng của ánh sáng. Thí nghiệm này sử dụng hai khe hẹp song song, được chiếu sáng bởi một nguồn sáng đơn sắc (monochromatic light).
Ánh sáng đi qua hai khe sẽ tạo ra hai nguồn sáng thứ cấp kết hợp. Các sóng ánh sáng từ hai khe này sẽ giao thoa với nhau trên một màn chắn đặt phía sau, tạo ra một hệ vân giao thoa gồm các vạch sáng và tối xen kẽ. Vạch sáng xuất hiện ở những vị trí mà hai sóng ánh sáng đến cùng pha (giao thoa cực đại), còn vạch tối xuất hiện ở những vị trí mà hai sóng ánh sáng đến ngược pha (giao thoa cực tiểu).
Để hiểu rõ hơn về sự hình thành của các vân giao thoa, chúng ta cần xem xét điều kiện để có giao thoa cực đại và giao thoa cực tiểu.
Từ các công thức trên, ta thấy rằng vị trí của các vân sáng và vân tối phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe, và khoảng cách từ hai khe đến màn chắn.
Khoảng vân (fringe spacing) là khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp (hoặc hai vân tối liên tiếp) trong hệ vân giao thoa. Khoảng vân được ký hiệu là `i` và được tính theo công thức: `i = λ*D / d`, trong đó `λ` là bước sóng của ánh sáng, `D` là khoảng cách từ hai khe đến màn chắn, và `d` là khoảng cách giữa hai khe.
Công thức trên cho thấy rằng khoảng vân tỉ lệ thuận với bước sóng của ánh sáng và khoảng cách từ hai khe đến màn chắn, và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai khe. Điều này có nghĩa là, nếu chúng ta tăng bước sóng của ánh sáng hoặc tăng khoảng cách từ hai khe đến màn chắn, thì khoảng vân sẽ tăng lên. Ngược lại, nếu chúng ta tăng khoảng cách giữa hai khe, thì khoảng vân sẽ giảm xuống.
Hiện tượng giao thoa ánh sáng có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong khoa học và công nghệ. Một số ứng dụng tiêu biểu bao gồm:
Giao thoa ánh sáng là một hiện tượng quan trọng và thú vị, chứng minh tính sóng của ánh sáng và có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghệ. Thí nghiệm khe Young là một thí nghiệm kinh điển giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hiện tượng này. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn có cái nhìn tổng quan và sâu sắc hơn về giao thoa ánh sáng và ứng dụng của nó.
Bài viết liên quan