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, температуру 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
для
определяет
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).
Пржибельский
|
|
 |
