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

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-關于古斯關于古斯-漢申位漢申位移的啟發(fā)性觀點移的啟發(fā)性觀點 本文章講述了光量子傳播規(guī)律的深入研究-關于古斯-漢申位移的啟發(fā)性觀點. 如果我們拋棄了光量子的沒有形狀的觀點而認為光量子在傳播過程中始終存在寬度（此寬度不同于振幅，對于同頻率的光量子是一個定值，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，光從光源發(fā)出后，每個光量子在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時的路徑就不能簡單的看作一條直線或一列波，而是時刻保持一定寬度的波帶的直線傳播過程。下面我將敘述一下我的假設性觀點，援引并解釋一下能用此觀點解釋的一些事實，我希望我的這個

2、觀念對一些研究工作者在他們的研究中或許會顯得有用。 1 用惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律時需要的條件和忽略的事實 我們首先通過惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律。 如圖 1 所示，設想有一束平行光線（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 到達點。作通過點的波面，它與所有的入射光線垂直。光線 1 到達點的同時，光線 2、3、n 到達此波面上的點、點。設光在介質(zhì) 1 中的速度為，則光線 2、3、n 分別要經(jīng)過一段時間、后才能到達分界面、各點，每條光線到達分界面上時都同時發(fā)射兩個次波，一個是向介質(zhì) 1 內(nèi)發(fā)射的反 圖 1 射次波，另一個是向介質(zhì) 2 內(nèi)發(fā)射的

3、透射次波。設光在介質(zhì) 2 內(nèi)速度為,在第 n 條光線到達的同時，由點發(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，光線 2、3、傳播到、各點后發(fā)出的反射次波面的半徑分別為、，而透射次波面的半徑為、。這些次波面一個比一個小，直到處縮成一個點。根據(jù)惠更斯原理，這些總擾動波面是這些次波面的包絡面。不難證明反射次波和透射次波的包絡面都是通過的平面。設反射次波總擾動的波面與各次波面相切于、各點，而透射次波總擾動的波面與各次波面相切于、各點，聯(lián)接次波源和切點，既得到總擾動的波線，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，入射角與折射角正玄之比為一常數(shù)，這樣我們便通過惠更斯原理導出了折射定律。 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象，而只給定一個光量子，比如此量子沿光線 1 傳播，以上論證中將無法確定點和點的位置，就不能確定次波的總擾動波線，就無法確定反射光線和折射光線，再用惠更斯原理來解釋這一個光量子在界面處的反射定律和折射定律，將顯得無從下手。 所以說，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或兩個以上的光量子，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，但是這也確實是它忽略的一個事實。 2 用光量子的傳播寬度解釋光的折射定律 如果假設光量子在傳播過程中始終保持一定的寬度（此寬度不同于振幅，且不隨電場振動而變動），此寬度遠大于原子直徑，并且光量子傳播過程中的每個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 設想有一個光量子（任意的一個）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、 到達介質(zhì)分界面上，同時邊緣 2 到達，聯(lián)接，則即為光量子的傳播寬度且垂直邊緣1 和邊緣 2，設光在介質(zhì) 1 中速度大于光在介質(zhì) 2 中速度，當光量子邊緣 1 由進入介質(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)，當邊緣 2 經(jīng)過時間到達介質(zhì)分 圖 2 界面上時邊緣 1 到達，又因為邊緣 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 的路徑是以延長線上某點為圓心的同本文章講述了光量子傳播規(guī)律的深入研究-關于古斯-漢申位移的啟發(fā)性觀點(2). 心圓弧，且同等圓心角，所以延長線定過圓心

7、。邊緣 2經(jīng)過后進入介質(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、點的切線方向傳播，可以看出光量子完全進入介質(zhì) 2 后邊緣 1 和邊緣 2 依然平行。設邊緣 1 在介質(zhì) 2 內(nèi)以后的路徑上有一點，我們過點向下作法線的平行線并取這條線上下方一點，則垂直于介質(zhì)分界面，且為光量子的折射角，設為，再過作分界面的垂線交與分界面于點本文章講述了光量子傳播規(guī)律的深入研究-關于古斯-漢申位移的啟發(fā)性觀點(3). 射光無半波損失的解釋。 在圖 3 中我們可以看到光量子邊緣 1 的實際路徑大于邊緣 2 的實際路徑，使得兩個邊緣出現(xiàn)路程差，但由于邊緣 1 的實

8、際速度大于邊緣 2 的實際速度，使得邊緣 1 從傳播到與邊緣 2 從傳播到用的時間相等，也就是說光量子的兩個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算的幾何光程沒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，這種計算方法有時就是不準確的。光的實際光程要以光量子的遠邊的光程來決定。在研究光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)時反射光時我們計算的幾何光程等于光邊緣 2 的光程也等于光的實際光程，然后再通過幾何光程計算預期的相位與觀測到的相位（也就是實際相位）相符，所以我們就說光的反射光沒有出現(xiàn)半波損失。 2、掠入射時，光從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)時反射光有半波損失的解釋。 如果在圖

9、 3 中，介質(zhì) 1 的絕對折射率大于介質(zhì) 2 的絕對折射率，當光掠入射時，由于光量子的兩邊緣速度的差異，光量子本應該偏轉(zhuǎn)進入介質(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)）使得光并沒能進入介質(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。在反射過程中光量子邊緣 1 的實際路徑大于邊緣 2 的實際路徑，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 的絕對折射率大于介質(zhì) 2 的絕對折射率的前提下的），但是如果邊緣 2 的速度不發(fā)生突變?nèi)詾榈脑?，的邊? 和邊緣 2 將出現(xiàn)光程

10、差，但是由于兩邊緣傳播的同時性，光程差將是不被允許的，這就意味這邊緣 2 必須降低到一個比更低的速度，也許只有這樣該光量子才能不過被吸收，而是被反射。（不要問我為什么會這樣，其實這就跟光從光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì)沒發(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構能夠識別介質(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的光而呈現(xiàn)出特定顏色。）這樣以來，光的光程將變長并等于光邊緣 1 的實際光程，也等于變慢后的邊緣2 的實際光程，但是大于我們通過以前的方法求得的幾何光程半個波長的時間。這時問題就出現(xiàn)了，由于我們求得的幾何光程小于光線的實際光程半個波長時間，然后再通過幾何光程計算預期的相位就會與觀測到的相位（就是實際相位）出現(xiàn)不符，但我們堅信這種計算方法沒有錯誤，于是我們就把這種現(xiàn)象描述為光經(jīng)過反