пондеромоторное действие света

ПОНДЕРОМОТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА (от лат. pondus, род. падеж ponderis - тяжесть и motor - движущий) - механич. воздействие оптич. излучения на вещество, состоящее в передаче ему светом импульса и момента импульса и не меняющее состояние вещества (плотность, темп-ру и т. п.). Частная форма такого воздействия - давление света .Механич. действие света, связанное с зависимостью оптич. свойств вещества от плотности и внутр. напряжений, обычно не считается П. д. с. и наз. стрикцией (см. Электрострикция ).Природа и составляющие П. д. с. наглядно выясняются на примере действия светового поля на твёрдую частицу с размерами, меньшими длины волны света. Световое электрич. поле с напряжённостью E индуцирует в частице осциллирующий диполь с моментом р. На диполь действует электрич. поле с силой и магн. поле Н света с силой Их сумма и является силой П. д. с. В такой записи F не выражены явно физически различные её составляющие. С учётом ур-ний Максвелла и соотношения- оператор поляризуемости частицы, выражение для F приводится к следующему виду

составляющие к-рого имеют разный смысл и значение. Первое слагаемое, определяемое плотностью энергии поля около частицы, такое же по форме, как и понде-ромоторная сила в пост. электрич. поле; эта сила не выражает специфики действия поля излучения. Среднее слагаемое - сугубо излучательной природы, оно выражает давление света и описывает передачу импульса поля при поглощении и рассеянии волн. Величина постоянного во времени давления монохроматич. света с частотой выражается величиной = и определяется плотностью потока энергии (Пойнтинга вектором)и её диссипацией, характеризуемой мнимой частью поляризуемости Последнее слагаемое - сила Абрагама (см. Максвелла тензор натяжений)не имеет постоянной составляющей и осциллирует с удвоенной частотой света. В выражении- комплексные амплитуды электрич. и магн. полей. Отметим, что при действии света на изоли-ров. атомы и молекулы диссипация его энергии обусловлена радиац. трением, т. е. рассеянием света.

В приведённых выше выражениях сила П. д. с. формально задаётся значением напряжённости электрич. и магн. полей около частицы. Фактически эти поля не являются полями падающего света, а получаются при рассеянии света на частице и сильно отличаются от полей падающего света. Однако установлено, что пон-деромоторное действие изменённого рассеянием света слабо отличается от действия падающего на частицу света по той же причине, по к-рой самодействие в пост. электрич. поле не вызывает движения частиц.

В протяжённых средах на каждый элемент объёма действует сила причём для сред имеет смысл ди-польного момента элемента объёма. В этом случае выражение дляопределяет не только пондеромоторные, но и др. объёмные силы в среде, к-рые образуются потому, что в среде имеет двойную зависимость от местоположения: через распределение поля и через распределение диэлектрич. характеристик среды, если эта среда неоднородна. Величина силы П. д. с., составляющей часть объёмной силы, наиб. просто определяется для слабопоглощающих оптически изотропных сред в стационарных световых потоках:

где- диэлектрическая и- магн. проницаемости. В этом выражении последнее слагаемое - сила Абрагама, а первое (гораздо большее второго, т. к. имеет ненулевое значение на границе кусочно-однородных сред. Эта составляющая такая же по форме, как и поидеромоторная сила в пост. электрич. поле, но по существу иная, т. к. определяет эффект излучения - давление света. Различие между описаниями разных сил одной ф-лой кроется в различии возможных распределений плотности полей излучения и постоянного электрического.

Исторически первоначально пондеромоторные силы объяснялись упругим натяжением силовых линий в среде, в связи с чем компоненты сил определялись через тензор натяжений Максвелла: В результате интегрирования этого выражения по объёму тела компоненты силы П. д. с. могут быть представлены в виде потока импульса через поверхность тела: В общем случае для оптически анизотропных сред с произвольной частотной и пространственной дисперсиями диэлектрич. проницаемости, в частности для сильно поглощающих сред, представление силы П. д. с. через к--л. тензор энергии-импульса неизвестно.

П. д. с. вызывает как перемещение тел, так и их вращение вследствие сообщения светом момента импульса веществу. Так же, как и при сообщении импульса, вращающий момент сил создаётся как неспецифическим для излучения образом, так и благодаря свойствам излучения. Неспецифич. эффект обусловлен анизотропией поляризуемости и несимметрией распределения поля. Специфич. эффект излучения вызывается изменением круговой поляризации поля при рассеянии и поглощении цпркулярно поляризованного света (см. Садовского эффект).

Концепция П. д. с. обычно применяется в линейной оптике. При описании механич. действия света высокой интенсивности, сопровождающегося нелинейными эффектами, пондеромоторные силы вообще не выделяются, хотя иногда возможно обобщение понятия П. д. с. на случай зависимости восприимчивости атомов и молекул от интенсивности облучения (см. Нелинейные восприимчивости).

Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 10 изд., М., 1989; Ландау Л. Д., Лифшиц E. М., Электродинамика сплошных сред, 2 изд., М., 1982; Эшкин А., Давление лазерного излучения, "УФН", 1973, т. НО, с. 101; Аскарь-ян Г. А., Движение частиц в луче лазера, там же, с. 115; Гинзбург В. Л., Угаров В. А., Несколько замечаний о силах и тензоре энергии-импульса в макроскопической электродинамике, там же, 1976, т. 118, с. 175. С. Г. Пржибельский.

   <<      Предметный указатель      >>