Kollektive Dipolschwingung und Spiegelreflexion

Nehmen wir an, ich strahle Licht auf eine Oberfläche und beobachte eine spiegelnde Reflexion. Wenn ich mit einem Elektronenmikroskop schaue, sehe ich winzige Partikel, die viel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts (~10 nm) und auch eng beieinander liegen (~10 nm). Ich weiß, dass diese winzigen Partikel sehr saugfähig sind, aber es stellt sich heraus, dass sie das Licht auch sehr gut reflektieren.

Da die Teilchen viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, gilt außerdem eine quasi-statische Näherung, dh die Teilchen sehen ein einheitliches Feld und können als oszillierende Dipole betrachtet werden.

Nun kann die Absorption durch den Zerfall der Schwingung in strahlungslose Prozesse erklärt werden. Reflexion jedoch weniger. Ich habe mehrere Artikel gelesen und nach verschiedenen Quellen gesucht. Es scheint, dass das Phänomen dem Ursprung des Brewster-Winkels ähnelt.

Aus Wikipedia:

Der physikalische Mechanismus für diesen [Brewster-Winkel] kann qualitativ aus der Art und Weise verstanden werden, in der elektrische Dipole in den Medien auf p-polarisiertes Licht reagieren. Man kann sich vorstellen, dass auf die Oberfläche einfallendes Licht absorbiert und dann von oszillierenden elektrischen Dipolen wieder abgestrahlt wirdan der Schnittstelle zwischen den beiden Medien. Die Polarisation von sich frei ausbreitendem Licht ist immer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts. Die Dipole, die das durchgelassene (gebrochene) Licht erzeugen, schwingen in der Polarisationsrichtung dieses Lichts. Dieselben oszillierenden Dipole erzeugen auch das reflektierte Licht. Dipole strahlen jedoch keine Energie in Richtung des Dipolmoments ab. Wenn das gebrochene Licht p-polarisiert ist und sich genau senkrecht zu der Richtung ausbreitet, in der das Licht voraussichtlich spiegelnd reflektiert wird, zeigen die Dipole entlang der Richtung der spiegelnden Reflexion und daher kann kein Licht reflektiert werden.

Nun versuche ich mir viele senkrecht zum Dipolmoment strahlende Dipole so vorzustellen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Im Fall des Brewster-Winkels stellt sich die Frage, wie eine Oberfläche einen solchen Kontrast in der reflektierten Intensität von s- gegenüber p-pol aufweisen kann. Hier möchte ich verstehen, wie zufällig verteilte oszillierende Dipole (erregt durch eine einfallende EM-Ebenenwelle) eine Spiegelreflexion für die s-Polarisation erzeugen können.

So wie ich es sehe, strahlen die Dipole, sobald sie angeregt sind (wie im GIF), und aufgrund von Interferenzen wird nur spiegelnde Reflexion beobachtet. Offensichtlich ist diese Erklärung sehr grob und begrenzt ... Ich habe das Gefühl, dass die Kopplung nicht ausgelassen werden sollte, da die Teilchen auch nahe genug sind, dass ihre Dipole interagieren. Gibt es eine "einfache" Erklärung, um zu erklären / zu verstehen, warum ein Bündel von Dipolen (zufällig verteilt) eine Spiegelreflexion erzeugen kann?

Antworten (1)

Ich habe die Antwort gefunden. Aus Hiroyuki Fujiwara Spektroskopische Ellipsometrie: Prinzipien und AnwendungenGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ab 2.10(b) kann eine ebene Welle mit Einfallswinkel betrachtet werden. Die Abstände zwischen den Dipolen bewirken, dass die abgestrahlten Felder der einzelnen Dipole phasenverschoben sind, die Interferenz im Fernfeld erzeugt eine reflektierte Frontwelle mit einem aus der leichten Dephasierung hervorgehenden Winkel. Ich drücke es wahrscheinlich nicht technisch genau aus, aber ich denke, man kann es anhand des Bildes gut verstehen ...