Physik III, Optik
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Wie oben kann man die Magnetfeldamplituden durch die E-Feldamplituden ausdrücken:<br />
Eliminieren von E 0t ergibt:<br />
n i E 0i + n i E 0r = n t E 0t<br />
cos θ i (E 0i − E 0r )=cosθ t · ni (E 0i + E 0r )<br />
n t<br />
E 0i (n t cos θ i − n i cos θ t )=E 0r (n i cos θ t + n t cos θ i )<br />
E 0r<br />
= n t cos θ i − n t cos θ t<br />
:= r k .<br />
E 0i n i cos θ t + n t cos θ i<br />
Entsprechend führt Eliminieren von E 0r zu<br />
4. Licht in Materie<br />
E 0t<br />
E 0i<br />
=<br />
2n i cos θ i<br />
n i cos θ t + n t cos θ i<br />
:= t k .<br />
In optisch transparenten Materialien wird das Licht kaum absorbiert, aber seine Wellenlänge<br />
durch den Brechungsindex verändert. In bestimmten Medien ist der Brechungsindex<br />
zusätzlich abhängig von der Polarisation des Lichts, also der Richtung des elektrischen Feldstärkevektors.<br />
In solchen doppelbrechenden Medien kann auch die Polarisation durch den<br />
Brechungsindex beeinflusst werden. Um den zentralen Begriff des Brechungsindex also der<br />
Phasengeschwindigkeit im Medium besser zu verstehen, wird hier ein einfaches mikroskopisches<br />
Modell, das Lorentzmodell eingeführt. Es liefert eine gute Vorstellung der physikalischen<br />
Vorgänge, die in ähnlicher Form auch bei einer quantenmechanischen Behandlung seine<br />
Gültigkeit behält. Das Modell ist in jedem Fall ein wichtiger Ausgangspunkt beim Verständnis<br />
der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie.<br />
4.1 Lorentz-Modell<br />
Das Lorentz-Modell beschreibt zunächst nur Dielektrika also transparante, nicht magnetisierbare<br />
Materialien, die von einem elektrischen Feld polarisiert werden können. Im Lorentz-<br />
Modell werden die Elektronen im Dielektrikum als klassische geladene Punktteilchen behandelt.<br />
Das elektrische Feld des Lichts übt auf die geladenen Elektronen im Material eine<br />
Kraft aus und setzt sie in Bewegung. Sobald die Ladungen beschleunigt werden, strahlen<br />
sie selber Licht ab. Die Lichtanteile der beschleunigten Ladungen überlagern sich mit dem<br />
einfallenden Licht zu einem Gesamtfeld. Sind die Ladungen homogen verteilt, bleibt eine einfallende<br />
ebene Welle erhalten allerdings mit veränderter Ausbreitungsgeschwindigkeit. Auf<br />
diese Weise erhält man ein mikroskopisches Modell für den Brechungsindex. Ein Teil des<br />
Lichts kann aber auch absorbiert werden. Im Fall inhomogener Ladungsverteilungen wird es<br />
dabei aus dem Lichtstrahl herausgestreut. Sind die beschleunigten Ladungsträger in ihrer<br />
Bewegung gedämpft, kann die Energie des Lichts auch in Wärme umgewandelt werden.<br />
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