Физика сплошных сред | страница 36
E>x=E>0e>i>(>w>t>->kz>). (32.21)
Вы знаете, что любая функция от (z-vt) представляет волну, бегущую со скоростью v. Показатель экспоненты в выражении (32.21) можно переписать в виде
-ik[z-(w/k)t],
так что выражение (32.21) представляет волну, фазовая скорость которой равна
v>фаз=w/k.
В гл. 31 (вып. 3) показатель преломления nопределялся нами из формулы
v>фаз=c/n.
С учетом этой формулы (32.21) приобретает вид
Ex=E>0e>i>w>(>t>->nz>/>c>).
Таким образом, показатель nможно определить, если мы найдем ту величину k, которая необходима, чтобы выражение (32.21) удовлетворяло соответствующим уравнениям поля, и затем воспользуемся соотношением
n=kc/w. (32.22)
В изотропном материале поляризация будет иметь только x-компоненту; кроме того, Р не изменяется с изменением координаты х, поэтому С·P=0 и мы сразу же избавляемся от первого члена в правой стороне уравнения (32.20). Вдобавок мы считаем наш диэлектрик «линейным», поэтому Р>хбудет изменяться как е>i>w>tи d>2P>x/dt>2= -w>2P>x. Лапласиан же в уравнении (32.20) превращается просто в д>2E>x/dz>2=-k2Е>x, так что в результате получаем
Теперь на минуту предположим, что раз Е изменяется синусоидально, то Р можно считать пропорциональной Е, как в уравнении (32.5). (Позднее мы вернемся к этому предположению и обсудим его.) Таким образом, пишем
P>x=e>0NaE>x.
При этом Е>хвыпадает из уравнения (32.23), и мы находим
k>2=w>2/c>2(1+Na). (32.24)
Мы получили, что волна вида (32.21) с волновым числом k, задаваемым уравнением (32.24), будет удовлетворять уравнениям поля. Использование же выражения (32.22) для показателя nдает
n>2 = l+Na. (32.25)
Сравним эту формулу с тем, что получилось у нас для показателя преломления газа (гл. 31, вып. 3). Там мы нашли уравнение (31.19), которое тогда имело вид
Формула (32.25) после подстановки w из (32.6) дает
Что здесь нового? Во-первых, появился новый член igw, возникший в результате учета поглощения энергии в осцилляторах. Во-вторых, слева вместо n теперь стоит n>2и, кроме того, отсутствует дополнительный множитель >1/>2. Но заметьте, что если значение N достаточно мало, так что n близок к единице (как это имеет место в газе), то выражение (32.27) говорит, что n>2 равен единице плюс некое малое число, т. е. n>2=1+e. При этом условии мы можем написать, что n=Ц(1+e)»l+e/2, и оба выражения оказываются эквивалентными. Таким образом, наш новый метод дает для газа тот же самый, найденный нами ранее результат.
