作者condensed (heuristics)
看板CS_TEACHER
標題Re: [請益] 光學 物理
時間Mon Nov 25 03:51:34 2013
我對色散機制的理解:
這裡要探討的問題是:
(1)光速在介質中究竟是如何變慢的
(2)折射率與頻率關係
要回答(2)比起回答(1)相對簡單的多。
我們可以先假設有個光源(S)發出電磁波,通過一塊介質(O),然後到達遠處(P)。
圖示即為:
┌┐
S˙ ││ ˙P
││
└┘
O
而當S波傳到介質O中,便會引起介質中電荷的震盪。
不同的介質會對應到不同的共振頻率(共振頻率不只一個)。
(可以想像電子被彈簧束縛著)。
而電子的震盪,又可視作為新的波源,提供P點額外的電磁場Eo。
傳遞到P點的電磁場Ep即可視為S與O的合成貢獻,即Es+Eo
我們會發現在Ep相對於Es來比較,相位上延遲了。
這個延遲的原因就在於途中經過了介質O,也就是在介質中波速變慢了。
而這個延遲的相位與Es的頻率及O的厚度有關。
透過相位的延遲與O的厚度,我們就可以逆推出光在介質O中的速率v,
也因此我們可以得到折射率 n = c/v =n(f) 。
而可見光的頻率在這例子裡通常遠小於共振頻率,
折射率對頻率的函數圖形約略為:
(fo為共振頻率,fr紅光,fp紫光)
n
迅速遞增->急遽遞減
│ ╭╮
│ ││
│ ││
│ ││
│ 緩慢遞增 ││
│ ││
│ ││
1┤─────────╯│╭───
│ ││
│ ╰╯
└─┬─┬──────┬──── f
fr fp fo
回到(1)的問題,電磁作用在介質中仍是以c在傳遞,
而介質中的電磁場震盪,則是S與O共同貢獻所得的結果。
其總合效應使得介質中的波速看起來是v 。
假設S發出的電磁場為Es(f,c)
進入介質O中引起電荷的震盪,
使電荷產生電磁場Eo,
這個Eo可以被分為兩相之和,
一項與入射波抵銷,一項是以速度v=c/n前進的波。
這個被證明的結果稱為消光定理,即
Eo = -Es(f,c) + Es(f,c/n)
因此,在介質中的電磁場為
Ep(f) = Es(f,c) + Eo
= Es(f,c/n)
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2F:推 gordonliu:比小弟敘述的清楚且合理多了,受教了謝謝!!! 11/25 15:57
3F:推 chrisdodo:高手! 11/25 17:53
4F:推 ntuphys:強者! 11/27 23:02
5F:推 iloveapple: 這篇真的有問到點位 09/07 00:44