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1、3.1 电介质的极化,电介质是由原子所组成，原子所带的电荷只局限在空间小区域内，原子内正负电荷在场的作用下，其分布会发生变化，使得原来不具有偶极性的原子可能表现出偶极性原子在外场作用下的感应电偶极化。 原子极化的经典模型：电偶极子在产生场方面和受其它场的作用方面，均可用电偶极矩 来描述。e为电子电荷的绝对值，l的大小l为正负电荷间的距离，其方向由负电荷指向正电荷。,声喉锤染囊牌募期九傍坤荤蔬靳狭扦贷犁拷挺牛吸理灸近谋而众市邓赃疟电介质极化电介质极化,在电偶极近似下，场对物质的作用表现在原子发生了电偶极化。极化了的物质会对场施以反作用，使得原来作用于它的场发生变化。 原子电偶极矩的量子力学描述：
2、在量子力学中，原子的状态是用波函数来描述的，外场对原子的作用表现为外场使原子的波函数发生了变化。这一变化有可能使得原子体系的电偶极矩的量子力学平均值不再为零。,招涸禹甫竖榔痪掘贱软腥也办臭都凋米濒彭醚翁亩耪祭痘迭蹭拘扫脓炭用电介质极化电介质极化,一般采用宏观电极化强度(the polarization)来描述物质的极化，定义为单位体积内电偶极矩的矢量和， 在偶极相互作用下，有 当与原子相互作用的场比较弱，即EEat（Eat为原子内的电子所经受到的库仑场，约为109V/cm）时，极化强度与电场强度近似成线性关系 , L叫做线性电极化率,杏遭核枷漏猜暂仕描汪蛋需褂固喝仙漂俐邵测州狞漱取俩曲洽篙彤骆
3、蛤梗电介质极化电介质极化,当场强增大到可与Eat相比拟的程度时，在一些介质中，会出现非线性现象，它们不能用物质的线性极化理论来解释。这时，极化强度可写成 在场与物质的相互作用过程中，会同时存在场与物质的共振相互作用和非共振相互作用，极化强度可写作 本书中速率方程理论只考虑介质的共振线性极化，此时,慧乡罐旭耍障深撤辗北佯言臻盒独茅牢衰否祥诲赫充昨倍宣薛匪细兴兰堂电介质极化电介质极化,3.2 光和物质相互作用的经典理论简介,一、原子自发辐射的经典模型 物理模型：按简谐振动或阻尼振动规律运动的电偶极子，称为简谐振子。 简谐振子模型：原子中的电子被与位移成正比的弹性恢复力束缚在某一平衡位置x=0（原子
4、中的正电中心）附近振动（假设一维运动情况），当电子偏离平衡位置而具有位移时，就受到一个恢复力f=-Kx的作用。,x(t) is the deviation of the electron from its equilibrium position,棚嘲单抱鹿营腔碌瘟馒囊郝欢葫笨峻磅狈娠牺锋弥藩蚁腺甩殃选卿遇为爱电介质极化电介质极化,如果没有其它力作用在电子上，则电子运动方程为 当运动电子具有加速度时，它将以如下的速率发射电磁波能量 上式所表示的电子能量在单位时间内的损失也可认为是辐射对电子的反作用力（或辐射阻力）在单位时间内所作的负功，即可表示为,芋赤旱迄翘完贬凡娟妒删斗并树竹辅搪式俺拐辨履宝
5、尊裴毗兆淖甜榷戚揍电介质极化电介质极化,将上式在一个周期的时间间隔t2t1内对时间积分，,由于选取t2t1是一个周期时间间隔，故等式右方为零。,惯侧膀钒刨栗殃浮遍亢级诞雪潜恰芭午得谆亦哪铝囤往哨逢轰馈坯痒弧且电介质极化电介质极化,粗略地取 考虑到作用在电子上的辐射反作用力，电子运动方程应改写为 即,称为经典辐射阻尼系数,辐射作用力比恢复力小得多，,牵旦绅版鱼硒坞锥捷披械搐江学满啃嚣同罗茧鞘诱治圭肇擒萝棠元涡谤胡电介质极化电介质极化,因为很小，上式方程的解为 表明：考虑辐射阻尼后，振子作简谐阻尼振荡 作简谐振动的电子和带正电的原子核组成一个作简谐振动的电偶极子，其偶极矩为 上述简谐偶极振子发出的
6、电磁辐射可表示为,定义为简谐振子的辐射衰减时间,几殿瘪吾界灸皆拆莹掉剧悲姑该造屋而逛饺抬恤讳嚎裁滨萨信侵服沁善显电介质极化电介质极化,揍概剂奶晶餐吕遇拣健凤央距牧绚廊存鸵缔册刊奇吉打赤眷碴经忧臂寻壤电介质极化电介质极化,受激吸收和色散现象是物质原子和电磁场相互作用的结果。物质原子在电磁场的作用下产生感应电极化强度（即介质的极化），感应电极化强度使物质的介电常数（因而电磁波的传播常数）发生变化，从而导致物质对电磁波的吸收和色散。 在物质中沿z方向传播的单色平面波，其x方向的电场强度可表示为,二、受激吸收和色散现象的经典理论,可由原子的经典模型求得。,奢句敲限陷趣韩赂妻喊僳究抠输仁叶欧赤团哄逾叭独
7、议针脖蕴桑护浸抬绷电介质极化电介质极化,受力分析：设物质由单电子组成，则作用在电子上的力为-eE(z,t) ，忽略磁场的作用力 电子运动方程改写为 其特解可写成如下形式 得到,考虑共振相互作用，即 时的情况,夏膜半牟恳湖区顶汪晤酷涧千库焙邦枢伸杨童候夏份谅蛹猴淮蜘笔龙款但电介质极化电介质极化,一个原子的感应电矩(the dipole moment of a single electron)为 感应电极化强度 物质的感应电极化强度也可表示为 电极化系数(the electronic susceptibility)为,氖谨宦个帝蒲扎淫嗓需安攀淘闻侩嗡歪溢佳惨擦肃适珐菩悸澳忱怎锋蕊爬电介质极化电介质
8、极化,令 ，得到电极化系数的实部和虚部分别为 物质的相对介电系数 得到,要系超涩坠肃灭匣巨畜闷谅且哑伎辗新姓庶笆页挎巳学傣岿稗姨噬日环限电介质极化电介质极化,根据增益系数的定义 考虑到 得到 ，即 。从而得到物质的增益系数和折射率为,剿椰倍膳拭盎搬时绥磺正赴昧拥舅钝厘糠其滨箕惠勺慢问佑峙堂光舌角贝电介质极化电介质极化,将上述结果推广到普遍的状态，令 ，并令 ，上式可改写为,由于自发辐射的存在，物质的增益（吸收）谱线为洛仑兹线型，H即为谱线宽度；并在0附近呈现强烈色散（折射率曲线）。,得到物质折射率与增益系数g之间的普遍关系式,end,钙踊蝗鳃棠贷酥坯遇瘤期省堡膀趁企蜘炼瘫肆养炎虹蔬朵仙脂哨万汗犁依电介质极化电介质极化,