光量子傳播規(guī)律的深入研究----關(guān)于古斯--漢申位移的啟發(fā)性觀點(diǎn)

1、光量子傳播規(guī)律的深入研究光量子傳播規(guī)律的深入研究-關(guān)于古斯關(guān)于古斯-漢申位漢申位移的啟發(fā)性觀點(diǎn)移的啟發(fā)性觀點(diǎn) 本文章講述了光量子傳播規(guī)律的深入研究-關(guān)于古斯-漢申位移的啟發(fā)性觀點(diǎn). 如果我們拋棄了光量子的沒(méi)有形狀的觀點(diǎn)而認(rèn)為光量子在傳播過(guò)程中始終存在寬度（此寬度不同于振幅，對(duì)于同頻率的光量子是一個(gè)定值，并且光量子的寬度可以互相疊加），就能很好的理解以上這些現(xiàn)象。按照這種假設(shè)，光從光源發(fā)出后，每個(gè)光量子在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)的路徑就不能簡(jiǎn)單的看作一條直線或一列波，而是時(shí)刻保持一定寬度的波帶的直線傳播過(guò)程。下面我將敘述一下我的假設(shè)性觀點(diǎn)，援引并解釋一下能用此觀點(diǎn)解釋的一些事實(shí)，我希望我的這個(gè)

2、觀念對(duì)一些研究工作者在他們的研究中或許會(huì)顯得有用。 1 用惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律時(shí)需要的條件和忽略的事實(shí) 我們首先通過(guò)惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律。 如圖 1 所示，設(shè)想有一束平行光線（平行波）以入射角由介質(zhì) 1 射向它與介質(zhì) 2 的界面上，其邊緣光線 1 到達(dá)點(diǎn)。作通過(guò)點(diǎn)的波面，它與所有的入射光線垂直。光線 1 到達(dá)點(diǎn)的同時(shí)，光線 2、3、n 到達(dá)此波面上的點(diǎn)、點(diǎn)。設(shè)光在介質(zhì) 1 中的速度為，則光線 2、3、n 分別要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間、后才能到達(dá)分界面、各點(diǎn)，每條光線到達(dá)分界面上時(shí)都同時(shí)發(fā)射兩個(gè)次波，一個(gè)是向介質(zhì) 1 內(nèi)發(fā)射的反 圖 1 射次波，另一個(gè)是向介質(zhì) 2 內(nèi)發(fā)射的

3、透射次波。設(shè)光在介質(zhì) 2 內(nèi)速度為,在第 n 條光線到達(dá)的同時(shí)，由點(diǎn)發(fā)射的反射次波面和透射次波面分別是半徑為和的半球面。在此同時(shí)，光線 2、3、傳播到、各點(diǎn)后發(fā)出的反射次波面的半徑分別為、，而透射次波面的半徑為、。這些次波面一個(gè)比一個(gè)小，直到處縮成一個(gè)點(diǎn)。根據(jù)惠更斯原理，這些總擾動(dòng)波面是這些次波面的包絡(luò)面。不難證明反射次波和透射次波的包絡(luò)面都是通過(guò)的平面。設(shè)反射次波總擾動(dòng)的波面與各次波面相切于、各點(diǎn)，而透射次波總擾動(dòng)的波面與各次波面相切于、各點(diǎn)，聯(lián)接次波源和切點(diǎn)，既得到總擾動(dòng)的波線，亦即，、為反射光線，、為折射光線。 由于，直角三角形和全同，因而=，由圖 1 不難看出，=入射角，=反射角，故得

4、到 這樣便導(dǎo)出了反射定律。由圖 1 還可以看出=折射角，因此 此外，于是 . 由此可見(jiàn)，入射角與折射角正玄之比為一常數(shù)，這樣我們便通過(guò)惠更斯原理導(dǎo)出了折射定律。 用惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律是以 1、2、3、n 條平行光線為研究對(duì)象，這就是論證需要的條件。如果不以多條平行光線為研究對(duì)象，而只給定一個(gè)光量子，比如此量子沿光線 1 傳播，以上論證中將無(wú)法確定點(diǎn)和點(diǎn)的位置，就不能確定次波的總擾動(dòng)波線，就無(wú)法確定反射光線和折射光線，再用惠更斯原理來(lái)解釋這一個(gè)光量子在界面處的反射定律和折射定律，將顯得無(wú)從下手。 所以說(shuō)，用惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律至少需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的光量子，這就

5、是用惠更斯原理解釋光的反射定律和折射定律時(shí)需要的條件。 另外如果考慮到古斯-漢申位移和半波損失，用惠更斯原理作出的光的反射光線將不是光的實(shí)際路線，而是反射光線的平行光線，雖然不影響論證光的反射定律，但是這也確實(shí)是它忽略的一個(gè)事實(shí)。 2 用光量子的傳播寬度解釋光的折射定律 如果假設(shè)光量子在傳播過(guò)程中始終保持一定的寬度（此寬度不同于振幅，且不隨電場(chǎng)振動(dòng)而變動(dòng)），此寬度遠(yuǎn)大于原子直徑，并且光量子傳播過(guò)程中的每個(gè)邊緣都平行等光程且能體現(xiàn)光量子在介質(zhì)中傳播的所有特性，那么折射定律就可以做如下論證： 如圖 2 設(shè)想有一個(gè)光量子（任意的一個(gè)）以入射角，由介質(zhì) 1 射向它與介質(zhì) 2 的分界面上，光量子邊緣 1

6、 到達(dá)介質(zhì)分界面上，同時(shí)邊緣 2 到達(dá)，聯(lián)接，則即為光量子的傳播寬度且垂直邊緣1 和邊緣 2，設(shè)光在介質(zhì) 1 中速度大于光在介質(zhì) 2 中速度，當(dāng)光量子邊緣 1 由進(jìn)入介質(zhì) 2 后速度突變?yōu)?，邊?2 速度仍為，由于光量子傳播寬度的邊緣必須保持同等光程，于是光量子傳播方向向法線方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)邊緣 2 經(jīng)過(guò)時(shí)間到達(dá)介質(zhì)分 圖 2 界面上時(shí)邊緣 1 到達(dá)，又因?yàn)檫吘?2 速度和邊緣 1 速度之比為定值且光量子寬度不變，所以邊緣 1 的路徑和邊緣 2 的路徑是以延長(zhǎng)線上某點(diǎn)為圓心的同本文章講述了光量子傳播規(guī)律的深入研究-關(guān)于古斯-漢申位移的啟發(fā)性觀點(diǎn)(2). 心圓弧，且同等圓心角，所以延長(zhǎng)線定過(guò)圓心

7、。邊緣 2經(jīng)過(guò)后進(jìn)入介質(zhì) 2 速度突變?yōu)椋c邊緣 1 變?yōu)橥?，光量子傳播方向不再偏轉(zhuǎn)，邊緣 1 和邊緣 2 分別沿、上、點(diǎn)的切線方向傳播，可以看出光量子完全進(jìn)入介質(zhì) 2 后邊緣 1 和邊緣 2 依然平行。設(shè)邊緣 1 在介質(zhì) 2 內(nèi)以后的路徑上有一點(diǎn)，我們過(guò)點(diǎn)向下作法線的平行線并取這條線上下方一點(diǎn)，則垂直于介質(zhì)分界面，且為光量子的折射角，設(shè)為，再過(guò)作分界面的垂線交與分界面于點(diǎn)本文章講述了光量子傳播規(guī)律的深入研究-關(guān)于古斯-漢申位移的啟發(fā)性觀點(diǎn)(3). 射光無(wú)半波損失的解釋。 在圖 3 中我們可以看到光量子邊緣 1 的實(shí)際路徑大于邊緣 2 的實(shí)際路徑，使得兩個(gè)邊緣出現(xiàn)路程差，但由于邊緣 1 的實(shí)

8、際速度大于邊緣 2 的實(shí)際速度，使得邊緣 1 從傳播到與邊緣 2 從傳播到用的時(shí)間相等，也就是說(shuō)光量子的兩個(gè)邊緣雖然路程不等但是光程相等。這里需要指出：在此論文以前我們通常計(jì)算的幾何光程沒(méi)有考慮到光量子的傳播寬度，但是要考慮的到光量子的傳播寬度，這種計(jì)算方法有時(shí)就是不準(zhǔn)確的。光的實(shí)際光程要以光量子的遠(yuǎn)邊的光程來(lái)決定。在研究光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)時(shí)反射光時(shí)我們計(jì)算的幾何光程等于光邊緣 2 的光程也等于光的實(shí)際光程，然后再通過(guò)幾何光程計(jì)算預(yù)期的相位與觀測(cè)到的相位（也就是實(shí)際相位）相符，所以我們就說(shuō)光的反射光沒(méi)有出現(xiàn)半波損失。 2、掠入射時(shí)，光從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)時(shí)反射光有半波損失的解釋。 如果在圖

9、 3 中，介質(zhì) 1 的絕對(duì)折射率大于介質(zhì) 2 的絕對(duì)折射率，當(dāng)光掠入射時(shí)，由于光量子的兩邊緣速度的差異，光量子本應(yīng)該偏轉(zhuǎn)進(jìn)入介質(zhì) 2，但是由于介質(zhì) 2 內(nèi)的一些性質(zhì)（我也不知道什么性質(zhì)）使得光并沒(méi)能進(jìn)入介質(zhì) 2，反而被反射回介質(zhì) 1。（這種情況很難理解。）但是在這種情況下假設(shè)了光量子的傳播寬度將比較好理解反射光的半波損失。在反射過(guò)程中光量子邊緣 1 的實(shí)際路徑大于邊緣 2 的實(shí)際路徑，兩邊緣出現(xiàn)路程差，由于邊緣 1 在介質(zhì) 1 中傳播速度突然變慢為（這里是在介質(zhì) 1 的絕對(duì)折射率大于介質(zhì) 2 的絕對(duì)折射率的前提下的），但是如果邊緣 2 的速度不發(fā)生突變?nèi)詾榈脑挘倪吘? 和邊緣 2 將出現(xiàn)光程

10、差，但是由于兩邊緣傳播的同時(shí)性，光程差將是不被允許的，這就意味這邊緣 2 必須降低到一個(gè)比更低的速度，也許只有這樣該光量子才能不過(guò)被吸收，而是被反射。（不要問(wèn)我為什么會(huì)這樣，其實(shí)這就跟光從光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì)沒(méi)發(fā)生折射而是發(fā)生反射一樣不好理解，或許是由于光量子的某些微觀結(jié)構(gòu)能夠識(shí)別介質(zhì) 1 的某些性質(zhì)而阻止了光量子的折射的發(fā)生，比如某一物體由于反射某一特定波長(zhǎng)的光而呈現(xiàn)出特定顏色。）這樣以來(lái)，光的光程將變長(zhǎng)并等于光邊緣 1 的實(shí)際光程，也等于變慢后的邊緣2 的實(shí)際光程，但是大于我們通過(guò)以前的方法求得的幾何光程半個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)間。這時(shí)問(wèn)題就出現(xiàn)了，由于我們求得的幾何光程小于光線的實(shí)際光程半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)間，然后再通過(guò)幾何光程計(jì)算預(yù)期的相位就會(huì)與觀測(cè)到的相位（就是實(shí)際相位）出現(xiàn)不符，但我們堅(jiān)信這種計(jì)算方法沒(méi)有錯(cuò)誤，于是我們就把這種現(xiàn)象描述為光經(jīng)過(guò)反