:惠更斯-菲涅耳原理的是与非( 二 )


2、光与介质的相互作用规律
2.1、光致介质中的原子极化成电偶极子
光既然是电场与磁场 , 而介质多为由不同数量的带负荷的电子与不同数量带正电荷的质子构成的原子核组成的不同原子构成的 。 当光照射到介质上时 , 自然就会出现原子的极化现象 。 即:原子的外部电子与原子核受到同样的外电场与磁场作用时 , 其运动趋势是相反的 。 从而导致原本电中性(实际上原子因存在热运动 , 并非理想的电中性 , 只是当外电场与磁场作用时 , 原子中的电子与原子核会在原有的基础上改变运动状态)的原子成为电偶极子(如下图三所示) 。 当外部电场和磁场为时变场时 , 则由其产生的电偶极子的偶极矩及极性也会是时变的 , 且变化规律直接与外场相关 。
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图二:光在盛水可乐瓶内的运动影像
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2.2、电偶极子场的特点
如下图四所示:原子在外场作用下成为时变电偶矩的电偶极子的时变位移速度、位移量以及电偶极矩变化直接与外场的强度、方向、时变特性有关 。
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如下图五所示:电偶极子产生的次生场的分布并不是各向同性的 , 而是有方向性 。 这也是为什么光经介质作用后的传递方向会有比较严格的、规律性的原因所在 。 按照点光源同半径上的场强度与相位相同假设的次光源显然是不符合客观实际的 。
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【:惠更斯-菲涅耳原理的是与非】

电偶极子的产生会导致次生电磁场的产生 。 这样就出现了光致介质成为次生光源的现象 。 所以 , 光照射到介质上产生的反射/散射、折射/透射和转换/热辐射等次生光并不是入射光本身 , 而是由介质产生的次生光 。 大多数情况下 , 入射光会被改造甚至消失 。 当然一方面由介质产生的各类次生光的运动方向、强度、频率与相位等与入射光密切相关 , 但决定性的因素还是介质的性质及介质界面的性状 。 如:反射光与折射光的方向与入射光的入射角密切相关 。 而散射光与衍射光的方向与强度则主要由介质界面的平整度和形态决定 , 与入射光的入射角关联性较低 。 最重要的光的强度则与介质性质与介质表面平整度密切相关:平整度越高 , 反射强度越大 , 散射强度越小;材料的透光能力越强 , 反射强度越小 , 折射强度越大 。
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如上图六所示:光照射到介质表面后 , 当非垂直入射表面时 , 则因同相位的光到达不同点上的时刻不同 , 使介质中不同位置上原子的极化时间也就不同 。 同一时刻由电偶极子产生的次生电场的空间分布状态也就不尽相同 。 这就直接形成了光的波前面具有一定的方向性了 。
总之 , 光与介质的相互作用是入射光将介质中的原子激励成了新的次生光源 。 因此 , 除不与介质相互作用的直射光外 , 所有与光与介质存在相互作用的物理现象与实验结果都应该考虑其很可能不是原生光源而是次生光源产生的问题 。
四、结 论
1、惠更斯-菲涅耳原理不适合于真空中光的分解与叠加 。 因为真空中的光无法分解为次光源;
2、惠更斯-菲涅耳原理用于介质界面及均匀介质内部次光源的叠加时 , 必须选定不同次光源相同状态时刻所发出的次生光在相同方位上的波前面 , 而不能体现次光源产生的次生光在特定空间位置上的叠加效应;


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