- •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
- •1.0.1.0. Энергия электромагнитной волны
- •1.0.1.1. Давление света
- •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
.