光量子传播规律的深入研究----关于古斯--汉申位移的启发性观点

1、光量子传播规律的深入研究光量子传播规律的深入研究-关于古斯关于古斯-汉申位汉申位移的启发性观点移的启发性观点 本文章讲述了光量子传播规律的深入研究-关于古斯-汉申位移的启发性观点. 如果我们抛弃了光量子的没有形状的观点而认为光量子在传播过程中始终存在宽度（此宽度不同于振幅，对于同频率的光量子是一个定值，并且光量子的宽度可以互相叠加），就能很好的理解以上这些现象。按照这种假设，光从光源发出后，每个光量子在均匀的各向同性介质中传播时的路径就不能简单的看作一条直线或一列波，而是时刻保持一定宽度的波带的直线传播过程。下面我将叙述一下我的假设性观点，援引并解释一下能用此观点解释的一些事实，我希望我的这个

2、观念对一些研究工作者在他们的研究中或许会显得有用。 1 用惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律时需要的条件和忽略的事实 我们首先通过惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律。 如图 1 所示，设想有一束平行光线（平行波）以入射角由介质 1 射向它与介质 2 的界面上，其边缘光线 1 到达点。作通过点的波面，它与所有的入射光线垂直。光线 1 到达点的同时，光线 2、3、n 到达此波面上的点、点。设光在介质 1 中的速度为，则光线 2、3、n 分别要经过一段时间、后才能到达分界面、各点，每条光线到达分界面上时都同时发射两个次波，一个是向介质 1 内发射的反 图 1 射次波，另一个是向介质 2 内发射的

3、透射次波。设光在介质 2 内速度为,在第 n 条光线到达的同时，由点发射的反射次波面和透射次波面分别是半径为和的半球面。在此同时，光线 2、3、传播到、各点后发出的反射次波面的半径分别为、，而透射次波面的半径为、。这些次波面一个比一个小，直到处缩成一个点。根据惠更斯原理，这些总扰动波面是这些次波面的包络面。不难证明反射次波和透射次波的包络面都是通过的平面。设反射次波总扰动的波面与各次波面相切于、各点，而透射次波总扰动的波面与各次波面相切于、各点，联接次波源和切点，既得到总扰动的波线，亦即，、为反射光线，、为折射光线。 由于，直角三角形和全同，因而=，由图 1 不难看出，=入射角，=反射角，故得

4、到 这样便导出了反射定律。由图 1 还可以看出=折射角，因此 此外，于是 . 由此可见，入射角与折射角正玄之比为一常数，这样我们便通过惠更斯原理导出了折射定律。 用惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律是以 1、2、3、n 条平行光线为研究对象，这就是论证需要的条件。如果不以多条平行光线为研究对象，而只给定一个光量子，比如此量子沿光线 1 传播，以上论证中将无法确定点和点的位置，就不能确定次波的总扰动波线，就无法确定反射光线和折射光线，再用惠更斯原理来解释这一个光量子在界面处的反射定律和折射定律，将显得无从下手。 所以说，用惠更斯原理论证光的反射定律和折射定律至少需要两个或两个以上的光量子，这就

5、是用惠更斯原理解释光的反射定律和折射定律时需要的条件。 另外如果考虑到古斯-汉申位移和半波损失，用惠更斯原理作出的光的反射光线将不是光的实际路线，而是反射光线的平行光线，虽然不影响论证光的反射定律，但是这也确实是它忽略的一个事实。 2 用光量子的传播宽度解释光的折射定律 如果假设光量子在传播过程中始终保持一定的宽度（此宽度不同于振幅，且不随电场振动而变动），此宽度远大于原子直径，并且光量子传播过程中的每个边缘都平行等光程且能体现光量子在介质中传播的所有特性，那么折射定律就可以做如下论证： 如图 2 设想有一个光量子（任意的一个）以入射角，由介质 1 射向它与介质 2 的分界面上，光量子边缘 1

6、 到达介质分界面上，同时边缘 2 到达，联接，则即为光量子的传播宽度且垂直边缘1 和边缘 2，设光在介质 1 中速度大于光在介质 2 中速度，当光量子边缘 1 由进入介质 2 后速度突变为，边缘 2 速度仍为，由于光量子传播宽度的边缘必须保持同等光程，于是光量子传播方向向法线方向发生偏转，当边缘 2 经过时间到达介质分 图 2 界面上时边缘 1 到达，又因为边缘 2 速度和边缘 1 速度之比为定值且光量子宽度不变，所以边缘 1 的路径和边缘 2 的路径是以延长线上某点为圆心的同本文章讲述了光量子传播规律的深入研究-关于古斯-汉申位移的启发性观点(2). 心圆弧，且同等圆心角，所以延长线定过圆心

7、。边缘 2经过后进入介质 2 速度突变为，与边缘 1 变为同速，光量子传播方向不再偏转，边缘 1 和边缘 2 分别沿、上、点的切线方向传播，可以看出光量子完全进入介质 2 后边缘 1 和边缘 2 依然平行。设边缘 1 在介质 2 内以后的路径上有一点，我们过点向下作法线的平行线并取这条线上下方一点，则垂直于介质分界面，且为光量子的折射角，设为，再过作分界面的垂线交与分界面于点本文章讲述了光量子传播规律的深入研究-关于古斯-汉申位移的启发性观点(3). 射光无半波损失的解释。 在图 3 中我们可以看到光量子边缘 1 的实际路径大于边缘 2 的实际路径，使得两个边缘出现路程差，但由于边缘 1 的实

8、际速度大于边缘 2 的实际速度，使得边缘 1 从传播到与边缘 2 从传播到用的时间相等，也就是说光量子的两个边缘虽然路程不等但是光程相等。这里需要指出：在此论文以前我们通常计算的几何光程没有考虑到光量子的传播宽度，但是要考虑的到光量子的传播宽度，这种计算方法有时就是不准确的。光的实际光程要以光量子的远边的光程来决定。在研究光从光密介质到光疏介质时反射光时我们计算的几何光程等于光边缘 2 的光程也等于光的实际光程，然后再通过几何光程计算预期的相位与观测到的相位（也就是实际相位）相符，所以我们就说光的反射光没有出现半波损失。 2、掠入射时，光从光疏介质到光密介质时反射光有半波损失的解释。 如果在图

9、 3 中，介质 1 的绝对折射率大于介质 2 的绝对折射率，当光掠入射时，由于光量子的两边缘速度的差异，光量子本应该偏转进入介质 2，但是由于介质 2 内的一些性质（我也不知道什么性质）使得光并没能进入介质 2，反而被反射回介质 1。（这种情况很难理解。）但是在这种情况下假设了光量子的传播宽度将比较好理解反射光的半波损失。在反射过程中光量子边缘 1 的实际路径大于边缘 2 的实际路径，两边缘出现路程差，由于边缘 1 在介质 1 中传播速度突然变慢为（这里是在介质 1 的绝对折射率大于介质 2 的绝对折射率的前提下的），但是如果边缘 2 的速度不发生突变仍为的话，的边缘1 和边缘 2 将出现光程

10、差，但是由于两边缘传播的同时性，光程差将是不被允许的，这就意味这边缘 2 必须降低到一个比更低的速度，也许只有这样该光量子才能不过被吸收，而是被反射。（不要问我为什么会这样，其实这就跟光从光疏介质入射到光密介质没发生折射而是发生反射一样不好理解，或许是由于光量子的某些微观结构能够识别介质 1 的某些性质而阻止了光量子的折射的发生，比如某一物体由于反射某一特定波长的光而呈现出特定颜色。）这样以来，光的光程将变长并等于光边缘 1 的实际光程，也等于变慢后的边缘2 的实际光程，但是大于我们通过以前的方法求得的几何光程半个波长的时间。这时问题就出现了，由于我们求得的几何光程小于光线的实际光程半个波长时间，然后再通过几何光程计算预期的相位就会与观测到的相位（就是实际相位）出现不符，但我们坚信这种计算方法没有错误，于是我们就把这种现象描述为光经过反