- •Часть I
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Основные положения классической электродинамики.
- •1.0. Уравнения Максвелла.
- •1.0.0. Решение уравнений Максвелла для непоглощающего диэлектрика
- •1.0.1. Свойства электромагнитной волны
- •1.0.1.1. Давление света
- •1.0.1.0. Энергия электромагнитной волны
- •1.0.1.2. Закон Снеллиуса
- •1.1. Оптические характеристики проводящих сред
- •1.1.1. Оптические постоянные вещества и его микрохарактеристики
- •1.1.1.0. Временная дисперсия
- •1.1.1.1. Временная дисперсия и частота излучения
- •1.1.1.2. Пространственная дисперсия
- •1.1.2. Дисперсионные соотношения
- •0. Поглощение излучения металлами и их оптические свойства
- •0.0. Распространение электромагнитных волн в проводящих средах. Основные уравнения оптики металлов
- •0.0.0. Скин-эффект и его свойства
- •0.1. Оптические свойства металлов
- •0. Поглощение света и передача энергии в полупроводниках
- •0.0. Оптические процессы в поглощающих полупроводниках
- •0.1. Рекомбинация и захват электронов и дырок в полупроводниках
- •0.2. Процессы передачи энергии в поглощающих полупроводниках
- •0.2.1. Особенности собственного поглощения
- •0.2.2. Внутризонное поглощение
- •0.3. Кинетика фотовозбуждения полупроводников лазерным излучением
- •0.4. Насыщение межзонного поглощения
- •0. Влияние интенсивности излучения на оптические свойства вещества. Нелинейная оптика
- •0.0. Основные эффекты нелинейной оптики
- •0.1. Материальное уравнение нелинейной среды
- •0.2. Нелинейный осциллятор
- •0.2.1. Метод возмущений
- •0.2.2.0. Линейное приближение
- •0.2.3.1. Расчет нелинейной поправки
- •0.3. Осциллятор с кубичной нелинейностью. Зависимость частоты колебаний от амплитуды
- •0.4. Самовоздействие света в нелинейной среде. Самофокусировка
- •0.5. Явление самоиндуцируемой прозрачности
- •0.6. Неоднородный ансамбль нелинейных осцилляторов. Световое эхо
- •0. Изменение поглощательной способности прозрачных диэлектриков в процессе лазерного облучения
- •0.0. Физические представления о механизмах изменения поглощения в идеальных диэлектриках
- •0.0.0. Фотоионизация газа
- •0.0.1. Многофотонная ионизация.
- •0.0.2. Лавинная ударная ионизация
- •0.0.3. Изменение поглощения в идеально чистых прозрачных твердых телах
- •0.0.4. Роль вынужденного рассеяния Мандельштама Бриллюэна
- •0.1. Оптические свойства реальных оптических материалов и покрытий
- •0.1.0. Механизмы инициирования объемного поглощения в первоначально прозрачной среде
- •0. Поверхностные электромагнитные волны оптического диапазона
- •0.0. Основные свойства пэв, структура и распределение полей, условия существования, дисперсионное соотношение
- •0.1. Поверхностные плазмон-поляритоны на границе металла с диэлектриком
- •0.2. Методы возбуждения пэв
- •0.2.0. Призменный метод возбуждения пэв
- •0.2.1. Возбуждение пэв на решетке
- •0.3. Цилиндрические пэв
- •0. Оптическая «левитация»
- •0.0. Оптическая «левитация» малых прозрачных частиц
- •0.1. Элементы теории оптической «левитации»
- •0.1.0. Геометрия отражения и преломления.
- •0.1.1. Энергетика отражения и преломления
- •0.1.2. Формулы Френеля.
- •0.1.3. Силы светового давления
- •0.1.4. Световое давление вдоль пучка
- •0.1.5. Световое давление поперек пучка
- •0.2. Численные оценки
- •Вопросы для самопроверки
- •Рекомендуемая литература
- •Кафедра лазерных технологий и экологического приборостроения
- •История кафедры лт и эп делится на
- •4 Разных периода:
- •1) Лазерное формирование многофункциональных зондов (мз) для зондовой микроскопии с целью создания универсальных зондовых микроскопов.
- •3) Наноструктурирование тонких металлических и полупроводниковых слоев.
- •4) Управление микрогеометрией, наношероховатостью и физико–химичекими свойствами поверхности материалов
- •2. Лаборатория лазерной очистки и реставрации произведений культуры и искусства (пкин) организована совместно с фирмой ооо «Мобильные лазерные системы».
- •Евгений Борисович Яковлев, Галина Дмитриевна Шандыбина Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика).
0.1.3. Силы светового давления
Начнем
с вычисления элементарной силы
.
Эта сила возникает из-за того, что при
отражении луча света от поверхности
шара в точке
часть потока импульса падающей волны
с объемной плотностью
(0.16)
изменяет
свое первоначальное направление,
задаваемое падающим лучом
на направление отраженного луча
.
Таким образом, направление изменения
импульса света при отражении луча в
точке
описывается вектором
.
(0.17)
Согласно
второму закону Ньютона, элементарную
силу
,
действующую на элемент поверхности
шара
в окрестности точки
,
можно вычислить по формуле
,
(0.18)
где
— приращение импульса шара ("тела"),
приобретаемое им за время
.
Величину
найдем из условия сохранениия импульса
для системы "свет-тело", которое
имеет вид
(0.19)
Величина
в формуле (0.19) имеет смысл изменения
импульса света за время
,
возникающего при отражении луча в точке
.
Эту величину запишем в виде
,
(0.20)
где
— объемная плотность импульса в
отраженном луче, связанная с его
интенсивностью
формулой (0.16) (см. рис. 0.5),
,
(0.21)
— элементарный
объем поля падающей световой волны,
проходящий за время
через элемент поверхности шара
в окрестности точки
.
Величина
определяется формулой
,
(0.22)
где
— радиус шара,
и
— сферические координаты точки
.
Множитель
в формуле (0.21) учитывает тот факт, что
фронт падающей волны наклонен по
отношению к поверхности шара в точке
под углом
(рис. 0.5).
Комбинируя
формулы (0.16)-(0.21) и формулу (0.3), согласно
которой
,
получаем следующее выражение для
элементарной силы
:
Отсюда полная сила
,
(0.23)
где
интегрирование следует проводить по
поверхности шара
во всей области, освещенной падающим
пучком (
).
Принимая во внимание (0.22), формулу (0.23)
можно переписать в виде
.
(0.24)
Рис.
0.5. К
выводу формулы (0.21). Площадь проекции
элемента поверхности шара
,
расположенного в окрестности точки
,
на плоскость фронта падающей волны
,
выражается формулой
.
Изображена плоскость падения луча в
точку
Формула
(0.24) позволяет рассчитать силу светового
давления
,
обусловленную отражением света на
передней (обращенной к свету) поверхности
шара. В этой формуле
— радиус шара,
— скорость света,
— единичный вектор направления падающей
волны,
— единичный вектор направления волны,
отраженной в точке поверхности шара с
координатами
,
;
— френелевский коэффициент отражения,
определяемый формулами (0.10), (0.6);
— распределение интенсивности света
в падающем световом пучке.
Аналогичным
образом можно вычислить и остальные
элементарные силы
,
,
(рис. Error: Reference source not found) и полные силы
,
,
.
В результате получим
или
,
где
индекс "
"
пробегает значения 1, 2, 3, 4 и
(0.25)
Векторная сумма всех сил, т. е. полная сила давления света на шар, выражается формулой
,
(0.26)
где
.
