Sóng ánh sáng là gì? Ứng dụng bước sóng trong trong đời sống

Trước tốc độ phát triển vượt bậc của khoa học - công nghệ như hiện nay thì việc vận dụng nguyên lý ánh sáng vào trong các thiết bị quang học đã không còn xa lạ. Vậy, cụ thể thì sóng ánh sáng là gì và nguyên lý vận dụng của bước sóng được áp dụng trong máy đo quang học là như thế nào? Hãy cùng VTECH giải đáp các thắc mắc trên qua bài viết sau.

Tìm hiểu lý thuyết sóng ánh sáng

Trong các định nghĩa vật lý thì ánh sáng hay ánh sáng khả kiến còn được gọi là phổ nhìn thấy được. Đây là các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ mà mắt người nhìn thấy được (từ khoảng 380nm - 760nm). Để dễ hình dung, bạn có thể tưởng tượng dải ánh sáng được truyền đi dưới dạng những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon.

Sóng ánh sáng là gì?

Sóng là một loại dao động lan truyền trong môi trường. Thông thường, con người vẫn thường hay dùng từ “sóng” để diễn tả sự dao động của nước. Tuy vậy, thuật ngữ này còn có thể được dùng cho môi trường không khí và môi trường ánh sáng.

Tương tự như sóng nước, sóng ánh sáng cũng là một dạng dao động trong không gian bởi các hạt photon truyền ánh sáng nên còn được gọi là sóng điện từ.

Bước sóng ánh sáng là gì?

Như đã trình bày ở trên, ánh sáng sẽ được truyền đi theo dạng sóng. Sóng ánh sáng sẽ có nhiều pha bước sóng dao động lên xuống liên tục, tạo thành một dãy ánh sáng mà mắt thường nhìn thấy được. Tóm lại, định nghĩa bước sóng chính là khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng gần nhau nhất trong dao động cùng pha hay còn gọi là giữa 2 cấu trúc lặp lại của bước sóng.

Một số khái niệm liên quan về ánh sáng

Để hiểu hơn về bước sóng ánh sáng, bạn nên xem qua một số lý thuyết liên quan về ánh sáng như tán sắc, giao thoa ánh sáng, máy quang phổ và các loại tia.

• Tán sắc ánh sáng: Tán sắc là sự phân tách một sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc qua lăng kính. Các ánh sáng đơn sắc khác màu sẽ có bước sóng khác nhau. Trong đời sống, ta có thể dễ dàng nhìn thấy sự tán sắc ánh sáng qua máy quang phổ hoặc hiện tượng cầu vồng - kết quả của sự tán sắc ánh sáng Mặt Trời đi qua các giọt nước mưa trong không khí.
• Ánh sáng đơn sắc: Các chùm sáng chỉ có một màu và không bị phân tách thành nhiều tia sáng khác màu khi được chiếu qua lăng kính. Trong vùng quang phổ có thể nhìn thấy được thì ánh sáng đơn sắc được chia thành 7 màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
• Ánh sáng trắng: Nếu đã tìm hiểu về ánh sáng đơn sắc thì bạn cũng cần biết ánh sáng trắng là gì. Đây chính là ánh sáng hỗn hợp từ nhiều loại ánh sáng đơn sắc được chiếu với cường độ thích hợp.
• Nhiễu xạ ánh sáng: Là hiện tượng sóng ánh sáng bị lệch hướng truyền khi đi qua khe nhỏ hoặc mép vật cản, sau đó lan tỏa thành nhiều phía từ vị trí vật cản và tự giao thoa với các sóng khác.
• Giao thoa ánh sáng: Là hiện tượng 2 chùm sáng (từ 2 nguồn khác nhau) chồng lên nhau tạo ra những nơi củng cố lẫn nhau (khiến ánh sáng trở nên sặc sỡ) và những nơi triệt tiêu nhau (tia tối).
• Quang phổ: Là một dải màu hứng được trên màn ảnh khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng. Máy quang phổ được ứng dụng để phân tích chùm sáng thành nhiều thành phần đơn sắc nhằm phân tích thành phần của nguồn sáng.
• Các loại tia ở ngoài quang phổ nhìn thấy được: tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X.
• Tia hồng ngoại được tạo thành từ bức xạ nhiệt từ những vật chất có nhiệt độ cao hơn 0°K.
• Tia tử ngoại (tia UV, tia cực tím): là bức xạ nhiệt đến từ Mặt trời.
• Tia X: Là tia bức xạ điện từ đi qua vật thể rắn (như cơ thể người).

Tán sắc ánh sáng là gì? Ứng dụng thực tiễn

Khái niệm tán sắc ánh sáng

Tán sắc ánh sáng là sự phân tách từ một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. Có 2 nguyên nhân chính dẫn đến tán sắc ánh sáng:

• Do ánh sáng trắng là một tập hợp chứa vô số các ánh sáng đơn sắc khác nhau.
• Chiết suất của lăng kính mang các giá trị khác nhau đối với từng loại ánh sáng đơn sắc. Chiết suất của một môi trường trong suốt đối với mỗi loại ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau.

Ứng dụng thực tiễn

Hiện nay, có 2 ứng dụng tiêu biểu của tán sắc ánh sáng. Cụ thể:

• Hiện tượng cầu vồng xảy ra do các tia sáng mặt trời đã bị tán sắc. Nghĩa là các tia sáng mặt trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong các lăng kính - giọt nước trước khi đến mắt ta.
• Máy quang phổ phân tách một chùm tia sáng đa sắc từ một vật sáng phát ra thành các thành phần đơn sắc.

Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy

Qua những thông tin trên, có thể thấy rằng những ánh sáng nhìn thấy là các ánh sáng đơn sắc. Theo nghiên cứu khoa học, hiện nay các ánh sáng đơn sắc nhìn thấy được chia thành 7 nhóm màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

Vậy, bước sóng của các màu ánh sáng đơn sắc là gì? Bạn có thể giải đáp thắc mắc trên qua bảng sau:

Màu sắcBước sóng trong chân không (nm) Đỏ 640 - 760 Cam 590 - 650 Vàng 570 - 600 Lục 500 - 575 Lam 450 - 510 Chàm 430 - 460 Tím 380 - 440

Ngoài ra, các ánh sáng ngoài quang phổ nhìn thấy được cũng có các thông số về bước sóng như sau:

• Tia Gamma (Gamma rays): 0.0001nm - 0.01nm.
• Tia X (X-rays): 0.01nm - 10nm.
• Tia cực tím (Ultraviolet): 10nm - 380nm.
• Tia hồng ngoại (Infrared): 1000nm - 0.01cm.
• Sóng vô tuyến (Radio Waves): 1cm - 100m.

Một số ứng dụng của bước sóng ánh sáng

Dựa vào những nghiên cứu về ánh sáng, con người đã có thể ứng dụng bước sóng ánh sáng để:

• Ứng dụng trong máy đo quang học và các thiết bị đo vật thể 2D, 3D (như Máy đo trường nhìn VF7, Máy đo quang học Metrios, máy đo 2D, máy đo 3D,…)
• Lý giải các hiện tượng tán sắc ánh sáng, tạo nên các sản phẩm phục vụ giải trí (như cầu vồng nhân tạo, kính vạn hoa,…).
• Ứng dụng trong máy quang phổ để phân tích thành phần của một chùm ánh sáng đa sắc.
• Ứng dụng trong các thiết bị y tế và giúp các nhà khoa học có cơ sở nghiên cứu về ảnh hưởng của bức xạ điện từ đến con người.
• Ứng dụng trong hệ thống dẫn đường.
• Bước sóng vô tuyến được ứng dụng trong radar, các thiết bị vô tuyến.

Ứng dụng trong máy đo quang học

Trong các thiết bị đo kích thước, bước sóng ánh sáng được vận dụng theo nguyên lý như sau:

• Vật thể cần đo sẽ được hệ thống phóng đại quang học phóng to lên đến từng chi tiết. Sau đó, các đặc điểm hình ảnh thông qua sóng ánh sáng sẽ được hệ thống camera CCD thu thập và gửi về máy tính điều khiển.
• Dựa trên công nghệ đo màn hình máy tính và khả năng tính toán hình học không gian của phần mềm đo lường mà giá trị dịch chuyển của thước quang học sẽ được ghi nhận lại.

Nói chung, dựa vào ánh sáng mà máy đo quang học sẽ tính toán được kích thước của vật thể bằng cách xác định khoảng cách giữa các điểm trên hình chiếu dựa vào tỷ lệ phóng hình. Trên cửa sổ phần mềm, các máy đo Micro Vu không chỉ có thể chiếu sáng từ bên dưới mà còn chiếu biên dạng đường viền bao quanh chi tiết.

Tóm lại, dựa vào bước sóng ánh sáng mà con người đã nghiên cứu ra rất nhiều tiến bộ khoa học. Trong đó, máy đo quang học chính là một thành tựu tiên tiến giúp cho việc đo lường các chi tiết, thiết bị máy móc công nghiệp hiệu quả hơn. Nếu có nhu cầu tìm hiểu về sản phẩm, hãy liên hệ ngay với VTECH để được hỗ trợ tốt nhất!