Erhält die Reflexion die Wellenlänge?

Erstens ist die Reflexion im Grunde elastische Streuung. Bei der elastischen Streuung werden die Energie und die Phase der Photonen beibehalten, aber sie ändern den Winkel.

Es gibt zwei Arten der Reflexion:

1. diffus, wobei der Reflexionswinkel zufällig ist und nichts mit dem Einfallswinkel zu tun hat

2. spiegelnd, das sieht man bei Metallen, Spiegeln, wo der Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel ist und der relative Winkel der Photonen erhalten bleibt, so entsteht ein Spiegelbild

Nun hält in beiden Fällen Reflexion, also elastische Streuung, die Energie (Frequenz und Wellenlänge) der Photonen.

Sie fragen, ob die Energie genau gleich ist. Jetzt nur, wenn es ein perfekter Spiegel ist. Aber es gibt keine perfekten Spiegel, also ändert sich die Energie des Photons immer ein wenig, aber in diesem Fall eines Spiegels ist die Änderung vernachlässigbar. Der Hauptpunkt ist, dass die relative Energie, Wellenlänge und Phase der Photonen erhalten bleibt und so bei spiegelnder Reflexion ein Spiegelbild aufgebaut wird. Bei diffuser Reflexion ist das Energieniveau ebenfalls gleich, aber da dies kein Spiegelbild aufbaut, macht es keinen Sinn, die gleichen Energieniveaus zu fordern.

Sie fragen, ob nur die Auf- und Abwärtskonvertierung die Wellenlänge des "reflektierten" Lichts ändern kann. Das ist jetzt ein weit verbreiteter Irrglaube. Du denkst an Reflexion als Absorption und Reemission. Das ist nicht richtig.

Wenn ein Photon mit einem Atom interagiert, können drei Dinge passieren:

1. elastische Streuung, Reflexion, wenn das Photon seine Energie behält und den Winkel ändert

2. inelastische Streuung, wenn das Photon einen Teil seiner Energie an das Atom abgibt und den Winkel ändert

3. Absorption, wenn das Photon seine gesamte Energie an das Atom abgibt und das absorbierende Elektron sich gemäß QM auf ein höheres Energieniveau bewegt

Jetzt ändert die Reflexion die Wellenlänge nicht. Absorption und Reemission tut es. Es kann passieren durch:

1. Up- und Downkonvertierung

2. Zwei-Photonen-Absorption

3. zweite harmonische Erzeugung

Also im Grunde muss man verstehen, dass es elastische Streuung ist, wenn man von Reflexion spricht. Alle drei Dinge passieren mit einem Material, wenn Licht darauf scheint, elastische Streuung, unelastische Streuung und Absorption und Reemission. Das Verhältnis von ihnen ist für verschiedene Materialien unterschiedlich. Bei Metallen handelt es sich um elastische Streuung. Bei einer einfachen weißen Wand ist es mehr Absorption und Reemission.

Die Frequenz ändert sich im Allgemeinen nicht. Der einzige Fall wäre, wenn sich das reflektierende Medium bewegt, wo eine Doppler-Verschiebung eingeführt würde.

In einigen Fällen kann es einfacher sein, über Frequenzen nachzudenken als über Wellenlängen.

Wenn das Signal am Reflektor ankommt, hat es eine bestimmte Frequenz. Aus Sicht des Spiegels müssen die ankommende und die abgehende Frequenz identisch sein. Wenn die Frequenzen unterschiedlich wären, würde dies bedeuten, dass der Reflektor Wellenspitzen entweder erzeugt oder löscht (oder dass sie sich am Reflexionspunkt irgendwie "aufbauen").

Da die Eingangs- und Ausgangsfrequenzen in diesem Frame identisch sind, können wir berechnen, wie sich die Frequenzen ändern, wenn das Signal in anderen Frames beobachtet wird.

Angenommen, wir haben eine Quelle, die produziert$f_0$und einen Reflektor, der sich mit Geschwindigkeit von der Quelle zurückzieht$v$(Wo$v \ll c$). Dann beobachtet der Reflektor eine Frequenz:

Im Rahmen des Reflektors ist die reflektierte Frequenz identisch. Aber im Rahmen der Quelle wird diese Frequenz gesehen als:

In dem Fall, wo die Quelle und der Reflektor in Ruhe sind,$v = 0$und die Gleichung reduziert sich auf$f_r = f_0$. Für Wellen,$c = \lambda f$oder$\lambda = \frac{c}{f}$. Seit$c$Und$f$beide für die eingehenden und ausgehenden Wellen konstant sind, muss die Wellenlänge ebenfalls konstant sein.

Wenn sich der Spiegel von der Quelle weg bewegen würde, ist der Bruchteil kleiner als 1 und die beobachtete Frequenz des reflektierten Lichts wäre kleiner als die ursprüngliche Frequenz. Angesichts der umgekehrten Beziehung zu Frequenz und Wellenlänge wäre die beobachtete Wellenlänge der reflektierten Welle größer.