为什么折射率具有虚部和实部,数学意义和物理意义是什么

如题所述

复折射率可以表示为,实部表示介质对电磁波的色散,虚部表示介质对电磁波的吸收。假设一单色平面电磁波,真空中其电场为现在进入到该介质中传播,波矢k就会发生变化,变成nk。此时,,很明显引入了一指数衰减因子,则影响了该单色波的传播速度。注意到、是频率相关的,若是入射电磁波是多种频率的平面波叠加而成的,则不同频率成份的波的衰减因子和传播速度都不一样,由此还可以得到介质的吸收谱与色散关系。(而且,复折射率实部与虚部并不是相互独立的,它们之间满足k-k关系,通过测量吸收谱就可以计算出色散曲线。) 电磁波在介质中传播,就会发生相互作用。电磁波的介质的作用是将介质极化,而被极化介质又会影响电磁波,对电磁波的作用为色散和吸收(或增益),复折射率表征了介质对电磁波作用的属性。 为了定量的描述介质的复折射率,尽管现在发展了多种理论模型,但是都有其局限性,毕竟介质的材料结构种类庞杂。作为一种简单且有助理解的例子,介绍一种电磁波射入稀薄轻体中的情形,这在一些电磁学教材中也都有。在没有外场的情况下,气体的正负电中心是重合的;当外场入射时,正负电中心分离,形成偶极子,由于外场是交变的,偶极子将会在外场下做受迫振荡,且由于电子质量远小于正电中心得质量,可以认为电子在振荡。电子距离正点中心距离为x,满足:解得,显然,x是一个复数了。相应的极化强度(N是电子体密度,e是元电荷电量),同时,,,,由此可以得到,(以上假设电子只有一个固有频率,而实际上电子有多个对应于不同能级激发态的固有频率,是每个处在频率振荡的原子数的概率分布,原文链接:https://www.zhihu.com/question/41352548/answer/95389656)
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