الخصائص البصرية للمواد

تحدد السماحية (permittivity) المعتمدة على التردد للمادة معامل انكسارها وامتصاصها وانعكاسها عبر الطيف.

Definition

تُحكم الخصائص البصرية للمادة بسماحيتها المعقدة المعتمدة على التردد، والتي تعطي أجزاؤها الحقيقية والخيالية معامل الانكسار والامتصاص؛ تنشأ هذه الخصائص من الاستجابة الرنينية واستجابة الحاملات الحرة للشحنات وتُقيد بالسببية من خلال علاقات كرامرز-كرونيغ.

Scope

يغطي هذا الموضوع الاستجابة الكهرومغناطيسية للمواد المعتمدة على التردد: الدالة العازلة المعقدة ومعامل الانكسار، ونموذجي لورنتز المذبذب ودرود للتشتت، ونطاقات الامتصاص ونوافذ الشفافية، وعلاقات كرامرز-كرونيغ التي تربط الامتصاص والتشتت، والسلوك البصري للمعادن والعوازل والبلازما. ويوضح لماذا تعكس المواد أو تنقل أو تمتص ترددات معينة.

Core questions

• لماذا تعتمد استجابة المادة للمجالات على التردد؟
• كيف يرتبط الامتصاص ومعامل الانكسار بالدالة العازلة؟
• لماذا تكون المعادن عاكسة والعوازل شفافة في نطاقات مختلفة؟

Key concepts

• السماحية المعقدة
• الدالة العازلة
• معامل الانكسار
• معامل الامتصاص
• نموذج لورنتز المذبذب
• نموذج درود
• علاقات كرامرز-كرونيغ
• تردد البلازما

Key theories

نماذج تشتت لورنتز ودرود

نمذجة الشحنات المقيدة كمذبذبات مدفوعة ومخمدة (لورنتز) والحاملات الحرة كمخمدة تصادمياً (درود) تعيد إنتاج الاعتماد على التردد للسماحية ومعامل الانكسار والامتصاص.

علاقات كرامرز-كرونيغ

تتطلب السببية أن تكون الأجزاء الحقيقية والخيالية للدالة العازلة مرتبطة بعلاقات تكاملية، لذا فإن التشتت والامتصاص ليسا مستقلين ويمكن الحصول على أحدهما من الآخر.

Clinical relevance

تحدد هذه الخصائص تصميم الطلاءات البصرية والعدسات والليزر والأجهزة الفوتونية، وانعكاسية المعادن، والمستشعرات البلازمونية، وأطياف الامتصاص المستخدمة لتحديد المواد والأنسجة في التحليل الطيفي والتصوير.

History

فسرت نظرية الإلكترون للورنتز ونموذج الإلكترون الحر لدرود حوالي عام 1900 التشتت والاستجابة البصرية للعوازل والمعادن. وقد أرست علاقات كرامرز-كرونيغ، التي صيغت في عشرينيات القرن الماضي، الرابط السببي بين الامتصاص ومعامل الانكسار الذي يكمن وراء تحليل الثوابت البصرية.

Key figures

• Hendrik Lorentz
• Paul Drude
• Hendrik Kramers

Seminal works

• jackson1998
• landau1984

Frequently asked questions

لماذا تبدو المعادن لامعة وعاكسة؟

تستجيب إلكتروناتها الحرة بقوة للضوء الساقط تحت تردد البلازما، مما يعطي سماحية سالبة كبيرة تمنع الموجة من الانتشار في الداخل وتعكس معظمها.

ماذا تخبرنا علاقات كرامرز-كرونيغ؟

إنها تُظهر أن امتصاص المادة ومعامل انكسارها مرتبطان بالسببية، لذا فإن قياس الامتصاص عبر جميع الترددات يحدد معامل الانكسار والعكس صحيح.