4、光的特性与几何光学原理详解

光的特性与几何光学原理详解

1. 光的色散与偏振特性

1.1 光的色散

光在介质中传播时，会与介质的化学成分发生共振，这种现象可以用色散方程来表示：
[n^2(\omega) = 1 + \frac{Nq_e^2}{\epsilon_0m_e}\frac{1}{\omega_0^2 - \omega^2}]
其中，(q_e) 是电子电荷，(N) 是单位体积内的电子数，(m_e) 是电子质量，(\omega_0) 是共振频率。实际上，原子与介质内成分之间存在一系列不同的相互作用，可表示为不同共振频率下上述方程的总和。考虑到其他电子相互作用，如固定原子边界时，情况会变得更加复杂。因此，色散是一个非常复杂的概念，有许多不同的影响因素。

1.2 偏振光与双折射

通常认为折射率是一个实数属性，但它也可以是复数。对于大多数各向同性材料，如钠钙玻璃或水，折射率是实数。而对于各向异性材料，如方解石和液晶，情况则较为复杂，因为辐射与介质之间的相互作用取决于传播方向，特别是在特定的晶格和结构中。使用偏振光可以更简便地分析这种复杂的相互作用。

1.2.1 偏振光的表示

单色、相干光源（如激光）可以用一组正交的传播本征波来表示，通常在以传播方向为 (z) 轴的坐标系中，与 (x) 轴和 (y) 轴对齐。这些本征波可用于描述光在复杂介质中的传播。琼斯微积分由 RC. Jones 在 1940 年发明，它可以帮助我们描述这些波及其传播。

• 线偏振光
  • 沿 (x) 轴传播的电磁波，称为 (x) 方向的线偏振光或水平偏振光