Physik III, Optik

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