Was ist der Mechanismus hinter der Verlangsamung von Licht/Photonen in einem transparenten Medium?

Der einfachste Weg, das genaue Verhalten zu erhalten, besteht darin, sich Licht als eine klassische Welle vorzustellen, die mit den Atomen im festen Material wechselwirkt. Solange Sie weit entfernt von einer der Resonanzfrequenzen der relevanten Atome sind, ist dieses Bild nicht allzu schlecht.

Sie können sich jedes der Atome wie einen kleinen Dipol vorstellen, der aus einer positiven und einer negativen Ladung besteht, die durch das außerresonante Lichtfeld hin und her getrieben wird. Da diese Dipole eine Ansammlung von Ladungen sind, die aufgrund des Antriebsfelds beschleunigt werden, strahlen sie und erzeugen Wellen mit der gleichen Frequenz wie das Antriebsfeld, aber leicht phasenverschoben (weil ein Dipol mit einer anderen Frequenz als seiner Resonanz angetrieben wird). Frequenz etwas phasenverschoben zum Antriebsfeld). Das gesamte Lichtfeld im Material ist die Summe des treibenden Lichtfeldes und des von den oszillierenden Dipolen erzeugten Feldes. Wenn Sie ein wenig Mathe durchgehen, Sie stellen fest, dass Sie dadurch einen Strahl in die gleiche Richtung wie der ursprüngliche Strahl erhalten – die seitlich austretenden Wellen werden sich meistens destruktiv überlagern – mit der gleichen Frequenz, aber mit einer leichten Verzögerung im Vergleich zum Antriebsfeld. Diese Verzögerung registriert sich als eine Verlangsamung der Geschwindigkeit der Welle, die durch das Medium läuft. Der genaue Betrag der Verzögerung hängt von den Besonderheiten des Materials ab, beispielsweise von den genauen Resonanzfrequenzen der betreffenden Atome.

Solange Sie nicht zu nah an einer der Resonanzfrequenzen sind, erhalten Sie eine wirklich gute Annäherung an den Effekt (und "zu nah" ist hier ein ziemlich enger Bereich). Es funktioniert gut genug, dass die meisten Leute, die sich mit diesem Zeug befassen, bei dieser Art von Bild bleiben, anstatt in Begriffen von Photonen zu sprechen. Die Grundidee, die Atome wie kleine Dipole zu behandeln, ist übrigens eine Variante des „Huygens-Prinzips“, das eine allgemeine Technik ist, um darüber nachzudenken, wie sich Wellen verhalten.

Hier ist eine schöne Erklärung.

Wenn Sie sich Licht als Welle vorstellen, können Sie sehen, dass, wenn eine Welle ein Medium durchläuft, ihre Wellenlänge ein wenig gestört wird (so wie Sie eine Änderung erwarten würden, wenn eine Welle im Wasser erzeugt wird und ein Hindernis passiert). . Daher die Relation gegeben$\lambda = v/f$, ist es offensichtlich, dass sich die Geschwindigkeit ändern muss.

Photonen interagieren ständig mit Materie, wenn sie ein Medium passieren. Nur bestimmte Frequenzen sind mit den elektronischen (oder rotovibronischen) Ebenen in den Molekülen in Resonanz und können eine Erregung fördern (wodurch beispielsweise Farben entstehen), aber zum größten Teil sind sie nur eine elektromagnetische Störung, die immer noch eine Wirkung hat. Diese Wechselwirkung verlangsamt die Ausbreitung des Photons.