재료의 굴절률은 전자 구조의 특성입니다. 전하의 추가가 전자 구조를 변경하면 굴절률이 변경됩니다.
광학은 빛과 물질의 상호 작용과 관련된 물리학의 분야입니다. 이 상호 작용은 여러 가지 다른 시나리오에서 매일 관찰 될 수 있습니다. 예를 들어, 연필이 물이 들어있는 컵 안에 넣으면 연필이 수층 위와 아래로 부러진 것처럼 보입니다.
백색광이 유리 프리즘을 쳤을 때, 그것은 7 가지 색상의 아름다운 스펙트럼을 생성하여 분산을 겪습니다. 이것은 공기를 통과하는 빛이 물을 통해 여행하는 빛과 다르게 행동한다는 사실 때문입니다. 이 광선 사이의 차이는 개재 물질, 즉 물과 공기,이 경우 빛과 빛의 상호 작용으로 인해 발생합니다.
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빛의 특성
가시 광선은 전자기파입니다. 전자기파는 전자기장을 통과하는 파도입니다. 전자기장은 하전 입자에 의해서만 영향을받습니다. 예를 들어, 전자 (하전 입자)가 와이어를 통해 움직일 때 국소 전자기장을 변경하여 전자기파가 생성됩니다.
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가시 광의 전자기 스펙트럼. (사진 크레딧 :UDAIX/ShutterStock)
모든 파도에는 주파수, 파장 및 진폭을 포함한 몇 가지 측정 가능한 특성이 있습니다. 가시 광선은 파장 범위 400 nm - 700 nm (주파수 범위 430 thz - 750 thz)에있는 전자기파입니다.
굴절 색인
굴절은 빛과 관련하여 자주 논의됩니다. 굴절은 실제로 파도와 관련된 현상입니다. 전파 속도의 변화로 인해 새로운 매체에 들어가면 파동 전파 방향의 변화입니다.
굴절 또는 굴절률의 지수 ( n ) 물체의 진공에서 광파의 속도의 비율은 그 물체의 빛의 속도로 정의된다. 수학적으로,
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여기서,
c =진공에서 빛의 속도
v =물체의 빛의 속도
물질과의 빛의 상호 작용
원자는 물질의 빌딩 블록입니다. 많은 원자가 서로 결합하여 (결합) 분자를 형성합니다. 벌크 물질은 수백만 개의 분자의 집계입니다. 원자는 중성자라고 불리는 양으로 하전 된 핵, 음으로 하전 된 전자 및 중성 입자로 구성됩니다.
핵과 전자가 하전되기 때문에 전자기장과 상호 작용 . 이 상호 작용은 적합한 기기를 사용하여 측정 할 때 측정 할 수 있습니다. 전하의 존재는 물질의 광학적 특성을 담당합니다.
분광법은 물질과 전자기파 사이의 상호 작용에 대한 연구입니다. (사진 크레디트 :Vectormine/Shutterstock)
가시 광선이 재료에 사건이 발생하면 재료의 전자가 흥분 (에너지를 높이면) (가시 광선이 핵을 자극하지 않는 이유가 궁금 할 수도 있습니다. 대답은 가시 광선의 에너지가 핵 에너지를 높이기에 충분하지 않다는 것입니다). 입사 빔에는 약간의 주파수가 있습니다 ( f 그것과 관련이 있습니다. 전자에 부딪 치면 에너지를 흡수하고 입사광과 동일한 주파수에서 진동하기 시작합니다. 전자는 자체로 하전 된 입자이기 때문에 진동은 2 차 전자기파를 발생시켜 모든 방향으로 전자에서 멀어집니다. 이러한 전자기파는 가시 스펙트럼에서 파장을 갖는다. 따라서 전자는 빛의 원천으로 행동하기 시작합니다.
재료는 수백만의 전자가있는 수백만 개의 원자로 구성되기 때문에, 순 효과는 모든 파도의 중첩이 발생한다는 것입니다. 결과는 위상 속도가 느린 결과 파입니다 ( v ) 사건 파보다 ( c ).
굴절률 및 하전
모든 요금은 전기장을 생산합니다. 충전의 추가, 제거 또는 이동은 전기장을 변경합니다.
전기장에 적용될 때 재료의 굴절률, n (e) , 다음 일반 방정식에 의해 제공됩니다.
대부분의 물질의 경우 고차 용어 (2보다 큰 제품)는 무시할 수 있습니다. 따라서 방정식은 다음과 단순화됩니다
여기서,
n (0) =외부 전기장이없는 경우 굴절률
A1, A2 =재료 의존 상수 (전자 구조 및 대칭 종속)
하전 된 물질의 굴절률
지금까지 논의는 중립적 인 물질로 제한되었습니다. 추가 요금이 도입되면 전기장, e , 개발. 이 전기장은 재료와 상호 작용하여 편광에 영향을 미칩니다. 이것은 쌍극자의 위치와 방향의 변화를 해석합니다. 이 변화는 광학 특성에 영향을 미칩니다.
외부 전하로 인한 전기장은 재료 내부의 쌍극자를 재배치하여 편광을 초래합니다 (사진 신용 :DKN0049/ShutterStock)
전기장으로 인한 광학적 특성의 변화를 전기 광학 효과 이라고합니다. .
전기 광학 효과의 두 가지 유형이 있습니다 :선형 전기 광학 효과 (Pockels Effect) 및 비선형 전기 광학 효과 (Kerr Effect).
포켓 셀 효과
굴절률의 변화 ( 
)는 전기장 강도의 첫 번째 지수 전력 (굴절률의 변화는 선형 함수 입니다. 전기장 강도). 수학적으로, 그것은 방정식으로 표시됩니다.
KERR 효과
굴절률의 변화 ( )는 전기장 강도의 두 번째 지수 전력에만 의존합니다 (굴절률의 변화는 ququprative function 입니다. 전기장 강도). 수학적으로, 그것은 방정식으로 표시됩니다.
답변
따라서, 전하의 추가는 새로운 전기장이 발달하고 그 후 재료의 전하와 상호 작용하기 때문에 굴절률을 변화시킨다. 이 상호 작용은 재료의 광학적 특성의 변화를 초래합니다.
