Излучение и генераторы света
В этой части книги излагается теория излучения электромагнитных волн движущимися заряженными частицами. Сначала дается простая качественная картина явления, основанная на понятии силовых линий электрического поля. Этот подход позволяет установить, что причиной возникновения электромагнитной волны является ускоренное движение (колебание) заряженной частицы. Кроме того, удается получить формулы для напряженностей электрического и магнитного полей в электромагнитной волне, которые затем строго обосновываются путем решения уравнений Максвелла.
Высокая частота колебаний электромагнитного поля в световой волне (около 1015 Гц) наводит на мысль о том, что элементарный излучатель световой волны должен быть чрезвычайно мал. Так возникает представление о том, что элементарным источником света является атом или молекула. Вводится классическая модель атома как системы заряженных частиц, связанных упругими силами. Оценка, сделанная с учетом реального размера атома и параметров электрона (заряд, масса), показывает, что частота колебаний дипольного момента такой системы действительно близка к частоте видимого света.
Реальные источники света содержат, как правило, огромное число излучающих атомов или молекул. Как описать совокупное световое поле, испускаемое большим ансамблем частиц? Эффективный путь решения этой задачи состоит в замене суммирования световых полей усреднением и применении правил статистики для вычисления средних.
Классическая модель атома позволяет дать теорию целого ряда явлений, возникающих при взаимодействии света с веществом. Это такие явления, как поглощение и дисперсия света, разнообразные нелинейные процессы (генерация оптических гармоник, самофокусировка света, вынужденное рассеяние и т. п.). Здесь эти явления рассматриваются с точки зрения взаимодействия света с элементарным оптическим осциллятором среды.
Наконец, в заключительных лекциях дайна теория теплового излучения и лазера. Показано, кале возникает в оптике представление об элементарной неделимой порции света (“квант”, или “фотон”), а также о трех фундаментальных процессах взаимодействия света с веществом (поглощение света, спонтаїнное испускание, вынужденное излучение). Вывод о существовании вынужденного излучения позволил создать принципиально новый источник света — лазер. По своей структуре свет лазера близок к идеальной гармонической волне.
