作者condensed (heuristics)
看板CS_TEACHER
标题Re: [请益] 光学 物理
时间Mon Nov 25 03:51:34 2013
我对色散机制的理解:
这里要探讨的问题是:
(1)光速在介质中究竟是如何变慢的
(2)折射率与频率关系
要回答(2)比起回答(1)相对简单的多。
我们可以先假设有个光源(S)发出电磁波,通过一块介质(O),然後到达远处(P)。
图示即为:
┌┐
S˙ ││ ˙P
││
└┘
O
而当S波传到介质O中,便会引起介质中电荷的震荡。
不同的介质会对应到不同的共振频率(共振频率不只一个)。
(可以想像电子被弹簧束缚着)。
而电子的震荡,又可视作为新的波源,提供P点额外的电磁场Eo。
传递到P点的电磁场Ep即可视为S与O的合成贡献,即Es+Eo
我们会发现在Ep相对於Es来比较,相位上延迟了。
这个延迟的原因就在於途中经过了介质O,也就是在介质中波速变慢了。
而这个延迟的相位与Es的频率及O的厚度有关。
透过相位的延迟与O的厚度,我们就可以逆推出光在介质O中的速率v,
也因此我们可以得到折射率 n = c/v =n(f) 。
而可见光的频率在这例子里通常远小於共振频率,
折射率对频率的函数图形约略为:
(fo为共振频率,fr红光,fp紫光)
n
迅速递增->急遽递减
│ ╭╮
│ ││
│ ││
│ ││
│ 缓慢递增 ││
│ ││
│ ││
1┤─────────╯│╭───
│ ││
│ ╰╯
└─┬─┬──────┬──── f
fr fp fo
回到(1)的问题,电磁作用在介质中仍是以c在传递,
而介质中的电磁场震荡,则是S与O共同贡献所得的结果。
其总合效应使得介质中的波速看起来是v 。
假设S发出的电磁场为Es(f,c)
进入介质O中引起电荷的震荡,
使电荷产生电磁场Eo,
这个Eo可以被分为两相之和,
一项与入射波抵销,一项是以速度v=c/n前进的波。
这个被证明的结果称为消光定理,即
Eo = -Es(f,c) + Es(f,c/n)
因此,在介质中的电磁场为
Ep(f) = Es(f,c) + Eo
= Es(f,c/n)
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