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光子为什么有角动量(2)

已有 4867 次阅读 2009-5-26 17:58 |个人分类:科研笔记|系统分类:科研笔记

续(1)。。。

(1)的主要观点,光子具有角动量这一推测是和电子具有自旋紧密联系的。在波动光学的框架下,从maxwell方程,我们不能得出光波必须有角动量。
(1)中引出光的相位概念,这是光子最本质的属性之一。其他的本征属性比如动量和速度。当然,速度在真空中是一常量,即光速。

下面切换到光波,从光的波动性展开叙述。

光波的相位或偏振状态之所以重要完全是技术上的考虑,提供人们操纵光的传输的一个方法学上的维度。我们知道,控制光的传播的方法太多了,比如三棱镜prism,这是利用光和物质作用的色散关系,实际上,这一特性在现代光谱学上具有根本的重要性。再比如镜面反射,这种方法大家都知道,同样,再现代光学技术中也是非常非常有用。

在特性频率范围内,有些物质对光的不同的偏振的状态有不同的响应。通过fresnel方程(哎呀,太重要了,想研究表面等离子体的必须能推导这套方程)我们可以知道,当自然光入射到一空气电介质界面时,如果选择特定的入射角,理论上将得到完全线偏振光,这一现象我们已经用椭圆偏振仪证实了,也时光学里的基本实验之一。

再比如双折射。








我们接触的大多数物质是各项同性的。但自然界有一些晶体物质,由于结构对称性,表现很强的单轴各项异性,这一轴是本征的,搞光学的把这个轴命名为principle axis,基轴。有趣的是,比如线偏振光,当光的电场矢量平面(偏振面)和该轴平行时,折射率为no,当光的偏振面和该轴垂直时,折射率为ne,二者竟然差别很大,利用这一属性,搞光学的工程师们能容易从自然光中分离得到想要的偏振方向的光。

比如 YVO4(纯钒酸钇)

no2 =3.77843+0.069736/(λ^2-0.04724)-0.0108133λ^2

ne2 =4.55905+0.110534/(λ^2 -0.04813)-0.0122676λ^2

人们已经能产生各个频段的偏振光,但遗憾的是,并不是所有的频段都有检偏器来控制光的通过和不通过。比如XMCD,光的频段是x-ray,在这一频段,人类还没有找到响应的检偏器。所以我们只能通过x射线吸收谱的差别来了解磁场作用下原子内壳层电子自旋的取向几率。先让一束连续可变频率的左旋圆偏振光通过物质,得到吸收谱M+,再让一束右旋圆偏振光通过物质,得到吸收谱M-,由于磁性物质有些壳层的电子自旋向上和向下的数目不同,对左右旋圆偏振光的吸收率就不一样。吸收谱的差值反映了电子自旋的取向比例。

金红石




冰洲石




今天先落笔。。。

待续。。。。

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