- •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).
1.0.0. Решение уравнений Максвелла для непоглощающего диэлектрика
Найдем
общее решение уравнения (1.22) для вектора
,
в предположении, что
зависит только от одной из координат,
например,
.
Это означает, что
имеет постоянное значение в точках
плоскости, перпендикулярной оси
.
Решение будем искать в виде
,
где
- некоторая функция, зависящая от
переменных
.
При этих допущениях уравнение для примет вид:
,
Уравнение
имеет решение отличное от нуля только
при
.
Это возможно для
,
,
Общее решение может быть представлено в виде
(1.23)
Зависимости
и
от
в моменты времени
и
показаны на рис. 1.2.
Рис.
1.2. Изменение функции
и
в различные моменты времени
и
.
Рассмотрим
физический смысл решения (1.23). Для функции
значения аргумента в точке
в момент времени
совпадают со значениями аргумента
функции в точке
при
,
поэтому график функции во время
получается из графика для
смещением всех точек кривой
в направлении положительных значений
на
.
В процессе движения значения
в каждой точке волны и форма волны не
изменяются. Исходя из этого, можно
сделать заключение, что функция
действительно описывает гармоническую
волну. Аналогично
описывает поперечную волну, движущейся
со скоростью
в направлении отрицательных значений
оси
(см. рис. 1.2). Без существенного ограничения
общности можно ограничиться рассмотрением
лишь одной из волн, например
.
В одномерном случае значение для фиксированных и является постоянным на плоскости, перпендикулярной оси . Такие волны называют плоскими. Плоская волна называется монохроматической, если поле волны является гармонической (синусоидальной) функцией времени. В этом случае
(1.24)
описывает
монохроматическую волну, которая
распространяется в направлении
положительных значений
.
Постоянная
называется амплитудой волны,
- ее частотой.
Аргумент
гармонической функции (1.24) называется
фазой. Введя понятие длины волны
,
запишем (1.24) в виде
(1.25)
- период,
- фазовая скорость,
- волновое число,
численно равно числу волн, укладывающихся
на длине окружности единичного радиуса.
Чтобы
не зависеть от системы координат, удобно
записать (1.25) в векторной форме. Пусть
вектор
равен по модулю волновому числу и
направлен вдоль оси
(рис. 1.3). Этот вектор называется волновым.
Рис. 1.3. К записи плоской волны в векторной форме.
Учитывая рис. 1.3, вместо (1.25) можно записать
(1.26)
Принимая
во внимание, что при произвольном
направлении волнового вектора, для
произвольной точки пространства,
характеризуемой радиус-вектором
,
справедливо представление
,
то это выражение описывает плоскую
монохроматическую волну, распространяющуюся
в трехмерном пространстве в направлении
вектора
.
Оно не зависит от системы координат.
Аналогичное выражение для плоской
монохроматической волны можно записать
с использованием синуса
(1.27)
Любое
комплексное число
,
используя формулу Эйлера
,
можно записать в экспоненциальной форме
;
,
Представим выражения (1.26), (1.27) в комплексной форме
,
(1.28)
где
- амплитуда вектора
.
Независимость
от координат означает, что распространение
плоских монохроматических волн в
непоглощающем диэлектрике не связано
с изменением их интенсивности.
Величина в (1.28) является комплексной, поэтому не может описывать реальный физический процесс, который характеризуется вещественной величиной в виде (1.26) или (1.27). По этой причине, для перехода к физическим величинам необходимо взять действительную или мнимую части полученного выражения. Действительными физическими параметрами, которые нас интересуют, являются проекции вращающегося вектора на горизонтальную и вертикальную оси.
