Wie kann der Brechungsindex in einem Dielektrikum unter 1 liegen?

Als ich die optischen Eigenschaften verschiedener Dielektrika überprüfte, fand ich den interessanten Fall von EIN l 2 Ö 3 . Es scheint mit einem Brechungsindex unter 1 im Infrarotbereich von berichtet zu werden 10 − 12   μ m , beispielsweise von Kischkat , Boidin und Querry . Auch der Absolutwert des komplexen Brechungsindex n ¯ = n 2 + κ 2 bei bestimmten Wellenlängen unter 1 liegt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

(rot: n , blau: κ )

Die grundlegende Physik sagt mir, dass die Phasengeschwindigkeit einer EM-Welle in einem Dielektrikum mit dem Realteil des Brechungsindex in Beziehung steht

v p h = c 0 n

Nun kann die Phasengeschwindigkeit offensichtlich darüber liegen c 0 , aber meistens geschieht dies nur in „seltsamen“ Fällen: in Plasmen, aktiven Medien, Metamaterialien oder magnetischen Substanzen. EIN l 2 Ö 3 scheint beides nicht zu sein.

Ein weiterer Hinweis ist, dass dies in der Region geschieht, in der n und κ Kreuz - das ist auch der Punkt wo ε = 0 in einem Drude-Metall und damit die Wellenlänge des Bulk-Plasmons. Könnte dies also nur ein Effekt der sein EIN l 2 Ö 3 metallisch werden, wie von @boyfarrell erwähnt?

Was ist hier los?

Viele kostenlose Ladungen, dh Material, das sich wie Metall verhält, werden dies verursachen
@boyfarrell Ah, richtig, daran habe ich absolut nicht gedacht. Al2O3 verhält sich in diesem Bereich also eher wie ein Metall. Fühlen Sie sich frei, es als Antwort hinzuzufügen.
Ja, könnte einem Spektralbereich in der Nähe einer Art Resonanz entsprechen. Nicht wirklich ein Experte für Metalle. Wäre auch an einer guten Antwort interessiert.

Antworten (1)

Was Sie beschreiben, ist eine anomale Streuung . Dies geschieht, wenn ein Material stark absorbierend wird, typischerweise in der Nähe einer Absorptionslinie, und der Brechungsindex komplex wird.

Unter diesen Umständen sind die Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten unterschiedlich und die Gruppengeschwindigkeit kann tatsächlich größer als sein c . Dies ist kein Problem, da die Gruppengeschwindigkeit nicht mehr die Geschwindigkeit ist, mit der Informationen übertragen werden.

Materialien müssen nicht fremd sein, um dies zu zeigen. Es tritt an Absorptionslinien in allen Materialien auf.

Es scheint das Maximum von κ stimmt nicht mit der Region überein, in der n < 1 , nein, ich bin mir nicht sicher, inwieweit Absorption hier anwendbar ist. Deutlich n nimmt mit zunehmender Wellenlänge ab, aber die Frage betrifft eher den Wert davon, nicht seine Ableitung.
„die gruppengeschwindigkeit ist nicht mehr die geschwindigkeit, mit der sich die information fortbewegt“ – wie ist das aber möglich? Könnten Sie das bitte näher erläutern? Oder geben Sie eine gute Referenz, wenn Sie können, das würde auch funktionieren
@YuriyS Die Antwort auf diese Frage befasst sich damit
Wie kann der Brechungsindex in einem Dielektrikum unter 1 liegen?
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