作者：彭曉韜
日期：2020.01.15
[文章摘要]：半波損失是光被光密介質表面反射時，入射光與反射光在反射點處的相位出現突變半週期的現象。但目前對其產生的機理並無明確的解釋。本文利用光與介質的相互作用規律很好地解釋了半波損失的機理：入射光使介質中的原子之電子與原子核呈反向運動而使原子成為隨入射光頻率變化的偶極矩隨時間變化的電偶極子，該電偶極子產生的次生電磁場即為介質形成的反射/散射、折射/透射和轉換/熱輻射等次生光。次生光與入射光在運動方向、速度、振幅、波長和相位等都會有所不同，其差異主要由介質界面的性狀和介質性質決定，與入射光的入射方向和頻率也有一定的聯繫。電偶極子產生的次生電磁場為：沿極化原子的外電場方向一致的區域的次生電磁場與外場方向一致；反方向則不一致且正好相反。反射光就是電偶極子產生的朝後方運動的次生電磁場，其極性也就與入射光正好差半周。同時，經分析得出：不僅由光密介質界面產生的反射光存在半波損失，被光疏介質界面反射的光也存在半波損失。也就產説：只要是反射光都存在半波損失。
一、半波損失簡介
波從波疏介質射向波密介質時反射過程中，反射波在離開反射點時的振動方向相對於入射波到達入射點時的振動方向正好相反，或者説，反射波相對於入射波相位突變π，這種現象叫做半波損失。
二、半波損失的機理分析
1、光與介質的相互作用機理
如上圖一所示：當光照射到原子時，由光產生的變化電磁場會使電子與原子核朝相反的方向位移而使原子成為電偶極子，其偶極矩變化頻率與入射光產生的變化電磁場的頻率基本一致。同時，由於電偶極子產生的、沿入射光相反方向的次生電磁場性質正好與入射光產生的電磁場性質相反；而沿入射光相同方向的次生電磁場性質正好與入射光產生的電磁場性質相同；沿其他方向的次生電磁場方向則與入射光方向呈一定的夾角。因此，在介質界面處由介質界面原子產生的次生電磁場與入射光的相位差會因與入射光方向夾角的不同而不同：次生的折射/透射光方向與入射光方向相同而無相位差；而反射光與入射光方向相反則相位差半周。
2、光由光疏介質或真空中朝光密介質界面運動並被反射的情形
由下圖2和3可知：當光從真空或光疏介質照射到光密介質表面時，在界面上的原子會被照射光產生的變化電磁場極化：電子與原子核朝相反的方向運動。即電子朝電場正向運動，而原子核朝電場反向運動。使得原子極化後的偶極矩方向正好與極化電場方向相反。因此，由其產生的次生電磁場之反射就與入射的電磁場性質正好相反。這就是所謂的半波損失的根本原因。而次生電磁場之折射波因與入射光方向相同，因此，其相位也與入射波相同而無半波損失。
3、光由光密介質朝光疏介質或真空界面運動並被反射的情形
由下圖4和圖5可知：與上述的“光由光疏介質或真空中朝光密介質界面運動並被反射的情形”一樣，反射光與入射光在介質界面處的相位差仍為180度，即也存在半波損失。而折射/透射光的相位則與入射光的完全相同，不存在相位差異。
三、半波損失現象的物理意義
1、充分證明光是變化的電磁場而非光子
只有光是變化的電磁場，才有相位及界面反射光的相位變化。否則，如果光為粒子，當然就不會有相位，也不可能出現反射光與入射光間的相位變化。
2、充分證明光與介質的相互作用會使介質成為新的次生光源
正是由於光是變化的電磁場，因此才會使介質中的原子發生極化併產生極化的次生電磁場。這才是光遇到介質界面時會產生反射/散射、折射/透射和轉換/熱輻射等次生光，且次生光的運動方向、速度、振幅、相位，甚至頻率均會與入射光存在一定差異的真實原因所在。也就是説：光與介質的相互作用會使介質成為新的次生光源，原來的入射光要麼消失，要麼被改造成新的複合光。
3、充分證明光不可能是單一頻率且攜帶與其頻率成正比能量和動量的光量子
因為如果光具有粒子性且攜帶有動能和動量，則在介質界面處的入射光與反射光就應該會出現相互碰撞現象。因為既然光子能與電子發生相互碰撞，為什麼光子間不能相互碰撞呢？！同時，光也不能與中子等中性粒子發生類似於光與帶電粒子一類的相互作用，也證明光是變化的電磁場而非粒子。
四、驗證界面反射光為次生偶極子場的方法
根據以上分析，半波損失是由於反射光是由界面上的電偶極子產生的次生電磁場與入射光的極性相反造成的。也就是説：只要是界面反射光，都會存在半波損失。無論是從真空或光疏介質朝光密介質運動的光，遇到介質界面被反射回來的反射光，還是從光密介質朝光疏或真空運動的光，遇到介質界面被反射回來的反射光，都存在半波損失現象。而目前人們並不知道後者是否真的存在。因此，有必要利用其來驗證半波損失的機理以及反射光是由次生偶極子產生的電磁場。
具體實驗方案：在水等透明液體內部進行實驗，利用測量水等透明液體與空氣或真空等比水等透明液體折射率更小的介質間的界面反射光與入射光在界面處的相位差。如果相位差為180度，則證明以上對半波損失機理的分析是正確的。同時也證明反射光是由界面處的極化電偶極子產生的次生電磁場。否則，以上對半波損失機理的解釋就需要重新考慮了。