物质原子在电磁场的作用下产生感应电极化强度.ppt

3.1电介质的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：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。一般采用宏观电极化强度(thepolarization)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E<<Eat（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3.2光和物质相互作用的经典理论简介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，即可表示为将上式在一个周期的时间间隔t2~t1内对时间积分，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电磁辐射可表示为受力分析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
一个原子的感应电矩(thedipolemomentofasingleelectron)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(theelectronicsusceptibility)为令，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将上述结果推广到普遍的状态，令，并令，上式可改写为