理学物理学毕业论文 关于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

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1、湖南师范大学本科毕业论文考籍号：XXXXXXXXX姓名：XXX专业：理学物理学论文题目：关于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指导老师：XXX二〇一一年十二月十日　　论文关键字：光量子　传播宽度　偏转　半波损失　光程　　论文摘要：1947年Goos和H·nchen两位物理学家发现：光束在两种介质界面上发生全反射时，反射点相对于入射点在相位上有一突变，而反射光线相对于入射光线在空间上有一段距离。这一现象称为：古斯--汉申位移（Goos--Hanchenshift）。另外，光束在两种界面上发生全反射时，入射波的能量不是在界面处立即反射的，而是穿透到另一介质一

2、定深度后逐渐反射的，而且在此深度内能量流还沿界面切向传播了一个波长数量级的距离。人们把这样一种波称为隐失波。再次，掠入射时，光从光疏介质到光密介质时反射光有半波损失，从光密介质到光疏介质时反射光无半波损失，在任何情况下透射光都没有半波损失。以上各种现象表明对于光量子仍有一些性质不为我们所掌握。　　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

3、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、、

4、···、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

5、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

6、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）

7、，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到达介质分界面上，同时边缘2到达