Seminar môn học: Phương pháp mô phỏng trong quang – quang phổ

Phƣơng pháp ma trận trong Quang học về sự phân cực TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG SEMINAR MÔN HỌC: PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TRONG QUANG – QUANG PHỔ HVTH: PHAN TRUNG VĨNH HUỲNH MINH TRÍ 1. ÁNH SÁNG PHÂN CỰC Vector cƣờng độ điện trƣờng E dao động theo mọi phƣơng. Giải thích: Nguồn sáng gồm nhiều nguyên tử Ánh sáng tự nhiên không phân cực Môi trƣờng bất đẳng hƣớng về mặt quang học Ánh sáng phân cực Ánh sáng có vector cường độ điện trường chỉ dao động theo một phương xác định gọi là ánh sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực toàn phần Mặt phẳng dao động (Mặt phẳng truyền - Pass Plane) Mặt phẳng phân cực (Polarization Plane) Ánh sáng phân cực một phần (Partially Polarized Light) có vector cường độ điện trường dao động theo mọi phương nhưng có phương dao động mạnh, có phương dao động yếu. 2. SỬ DỤNG CỘT STOKES VÀ MA TRẬN MUELLER TRONG QUANG HỌC VỀ SỰ PHÂN CỰC Trạng thái phân cực của một chùm sáng lan truyền đƣợc đặc trƣng bởi cột Stokes (Ma trận 4x1): V U Q I S Trong đó: I = A2 Q = A2cos2θ = Icđcos2θ U = A2sin2θcosΔ = Icđsin2θcosΔ V = Icđsin2θsinΔ Với: A = (H2 + K2)1/2: biên độ của vector cƣờng độ điện trƣờng Icđ = A 2: cƣờng độ của chùm sáng θ: góc hợp giữa mặt phẳng dao động (hay mp truyền) & trục x Δ = φy - φx Khảo sát một sóng phẳng tần số góc ω lan truyền với vận tốc c theo hƣớng trục Oz. Biểu thức vector cƣờng độ điện trƣờng theo phƣơng x và phƣơng y: yy xx c z tKE c z tHE cos cos Với: H, K: biên độ của vector cƣờng độ điện trƣờng theo phƣơng x, y φx , φy : độ lệch pha của điện trƣờng theo phƣơng x, y Ánh sáng không phân cực 0 0 0 I S Gọi I1, Q1, U1, V1 là các thông số Stokes của chùm tia trƣớc khi đi vào thiết bị quang học và I2, Q2, U2, V2 là các thông số Stokes của chùm tia sau khi rời khỏi thiết bị, chúng ta có hệ phƣơng trình liên hệ nhƣ sau: I2 = M11 I1 + M12 Q1 + M13 U1 + M14 V1 Q2 = M21 I1 + M22 Q1 + M23 U1 + M24 V1 U2 = M31 I1 + M32 Q1 + M33 U1 + M34 V1 V2 = M41 I1 + M42 Q1 + M43 U1 + M44 V1 Biểu diễn dƣới dạng ma trận: 1 1 1 1 44434241 34333231 24232221 14131211 2 2 2 2 V U Q I MMMM MMMM MMMM MMMM V U Q I MS2 S1 Ma trận M (4x4) đƣợc gọi là ma trận Mueller, là đặc trƣng cho từng thiết bị quang học. Bảng 3: (Trang 126) Ma trận Mueller cho kính phân cực tuyến tính lý tƣởng, kính cản tuyến tính (retarder), sự quay của trục và kính cản TYPE OF DEVICE Ideal linear polarizer at angle θ Quarter-wave linear retarder with fast axis at angle θ Half-wave linear retarder with fast axis at angle θ Linear retarder with retardation δ and with fast axis at angle θ sin cos ; 0 10 10 0001 4cos ; 1000 00 00 0001 00 0 0 0001 2sin 2cos ; 0000 0 0 01 2 1 22 2 2 2 2 222 222 2 2 2 2 4 4 44 44 22 2 2 222 222 2 2 2 2 2 2222 22 2 22 22 CS CCSSC SSCSC sS C CS SC CS CSSC SSCC S C SSCS SCCC SC