光谱简图
四、我们人眼看到的光只是波长为380~780nm、频率范围大约为4.2×10^14~7.8×10^14Hz区间所有光能量子的组合,我们称之为可见光,它在整个宇宙光谱中只是很小的一段。人体发出的红外光就是不可见光;
五、光速不变原则的前提是光在真空状态下速度不变。
光在介质中传播的本质我们在之前的文章中讨论过,光在固体和液体中是通过激发原子中的电子释放光波来进行传输的。其中用到了这样一张图片:
跃迁回到正常轨道的电子释放光子的角度是随机的
用心的小伙伴们也许已经注意到了,这个被激发出来的光波具有方向性,实际上,光波的方向本来是不确定的,没有什么规定光波必须向前走直线,而不是向左、向右、向后、或者向上偏移N度角,为什么我们看到的光相对于它的入射角度会有一个确定的折射角呢?
光在介质中传播的本质是散射。也就是说,在介质中被激发的电子会在其回落到正常轨道时向各个方向发射光子,但最终只有一个方向的光会“幸存”下来。
为什么介质中的光是定向的?我们知道,光是电磁波,光的速度包含三方面:相速度、群速度和波前速度,其中光的波前速度就是光速,我们可以以下面的波形动图来形象地解释这三方面的关系:
光波示意图,红色点为波前速度,绿点为群速度,蓝点为相速度
我们假设在水(均匀介质)中有一束c方向的电磁波,我们将它与c相垂直的平面作为同相位面。如果波前W同时经过水中W平面上的所有原子,这些原子的电子会与光量子耦合跃迁并激发出一批光子,这批光子同时也是波。由于激发的位置处于同一个面W上,所以被激发出来的光子在它们的原点也是同相位的。
均匀介质中电磁波相位分析
假设这些波叠加了一个与c轴成θ角(波前位于上图蓝色线)的平面波会怎么样?我们知道任何一个从平面W的原子a发出的子波a,在到达此波前时都会与原子b发射的子波b相位相差180˚,振幅相互抵消。子波a与子波b的相位相隔 λ/2*Sinθ,只有当θ=0˚时,子波b与子波a处于相同相位,二者才不会抵消。
有没有被激发的子波向后发射?有,但这些子波会被另外一些后向的子波所抵消,这些子波并非来源于W面,而是来自于与W相距1/4波长的W'面: