Góc chiết quang

Khái niệm: Góc $A$ hợp bởi hai mặt lăng kính được gọi là góc chiết quang hay góc ở đỉnh của lăng kính.

Chú thích:

$A$: góc chiết quang 

$r_1$: góc khúc xạ của $i_1$

$r_2$: góc khúc xạ của $i_2$

Khái niệm: Góc tạo bởi tia ló và tia tới gọi là góc lệch $D$ của tia sáng khi truyền qua lăng kính.

Chú thích:

$D$: góc lệch

$i_1$: tia tới; $i_2$: tia ló

$A$: góc chiết quang

Công thức lăng kính:

$$\begin{gathered} \sin \left(i\right)=n\sin \left(r\right) \\ \sin \left(i\text{'}\right)=n\sin \left(r\text{'}\right) \\ r+r\text{'}=A \\ D=i+i\text{'}-A=i-A+arc\sin \left(n\sin \left(A-arc\sin \left(\frac{\sin \left(i\right)}{n}\right)\right)\right) \end{gathered}$$

Với n là chiết suất của môi trường với ánh sáng đó

Khi góc nhỏ : $D=\left(n-1\right)A$

Công thức lăng kính:

$$\begin{gathered} \sin \left(i\right)=n\sin \left(r\right) \\ \sin \left(i\text{'}\right)=n\sin \left(r\text{'}\right) \\ r+r\text{'}=A \\ D=i+i\text{'}-A=i-A+arc\sin \left(n\sin \left(A-arc\sin \left(\frac{\sin \left(i\right)}{n}\right)\right)\right) \end{gathered}$$

Với n là chiết suất của môi trường với ánh sáng đó

$∆D=D_{tím}-D_{đỏ}=$$arc\sin \left(n_{tím}\sin \left(A-arc\sin \left(\frac{\sin \left(i\right)}{n_{tím}}\right)\right)\right)-arc\sin \left(n_{đỏ}\sin \left(A-arc\sin \left(\frac{\sin \left(i\right)}{n_{đỏ}}\right)\right)\right)$

Công thức lăng kính:

$$\begin{gathered} \sin \left(i\right)=n\sin \left(r\right) \\ \sin \left(i\text{'}\right)=n\sin \left(r\text{'}\right) \\ r+r\text{'}=A \\ D=i+i\text{'}-A=i-A+arc\sin \left(n\sin \left(A-arc\sin \left(\frac{\sin \left(i\right)}{n}\right)\right)\right) \end{gathered}$$

góc nhỏ : 

$$\begin{gathered} i=nr , i\text{'}=nr\text{'} \\ D=\left(n-1\right)A \end{gathered}$$

Với n là chiết suất của môi trường với ánh sáng đó

$∆D=D_{tím}-D_{đỏ}=\left(n_{tím}-n_{đỏ}\right)A$

Khi góc lệch đạt cực tiểu : $r=r\text{'}=\frac{A}{2}$.$i=i\text{'}$.$D=2i-A$

$i=arc\sin \left(n\sin \frac{A}{2}\right)$

Gỉa sử ban đầu ánh sáng $n_1$ chiếu qua lăng kính. ta phải quay lăng kính như thế nào để ánh sáng $n_2$ có góc lệch cực tiểu

Để ánh sáng $n_2$ có góc lệch cực tiểu và giữ hướng tia tới

$i_2=arc\sin \left(n_2\sin \frac{A}{2}\right)$

Khi $i_2>i_1$ : thì lăng kính quay sang phải 

Khi $i_2<i_1$: thì lăng kính quay sang trái

Với góc quay: $\alpha =\left|i_2-i_1\right|=\left|arc\sin \left(n_2\sin \frac{A}{2}\right)-i_1\right|$

Trong trường hợp ban đầu ánh sáng $n_1$ đạt cực tiểu

$\alpha =\left|i_2-i_1\right|=\left|arc\sin \left(n_2\sin \frac{A}{2}\right)-arc\sin \left(n_1\sin \frac{A}{2}\right)\right|$

 Do $n_{tím}>n_{đỏ}$nên nếu tia màu đỏ bị phản xạ thì các tia còn lại cũng đều bị phản xạ.

Xét $i_{g{h}_{đỏ}}=arc\sin \left(\frac{1}{n_{đỏ}}\right)$ để xr phản xạ : $r{\text{'}}_{đỏ}=arc\sin \left(\frac{1}{n_{đỏ}}\right)$

Mà 

$$\begin{gathered} r+r\text{'}=A \\ \Rightarrow r_{đỏ}=A-r{\text{'}}_{đỏ}<A-arc\sin \left(\frac{1}{n_{đỏ}}\right) \end{gathered}$$

Và 

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}{r}_{đỏ}<A-arc\sin \left(\frac{1}{n_{đỏ}}\right)\\ \sin \left(i\right)=n_{đỏ}\sin \left(r_{đỏ}\right)\end{array}\right. \\ \Rightarrow i<arc\sin \left(n_{đỏ}\sin \left(A-arc\sin \left(\frac{1}{n_{đỏ}}\right)\right)\right) \end{gathered}$$

Trong công thức ta dùng radian

Mở rộng nếu chùm sáng có những chiết suất bất kì ta chọn ánh sáng có chiết suất thấp nhất.

Góc lệch cực tiểu $D_{min}$ khi $i_1=i_2$ ,$r_1=r_2=\frac{A}{2}$

$D_{min}=2i-A$

$\sin \left(\frac{D_{min}+A}{2}\right)=n\sin \left(\frac{A}{2}\right)$