1 2 урок § 2.1. Фотоны, пучки фотонов 01. Фотоны (кванты света

1
2 урок
§ 2.1. Фотоны, пучки фотонов
01.
Фотоны (кванты света) ― электрически нейтральные безмассовые частицы,
распространяющиеся в пространстве со скоростью света.
Фотоны обладают следующими характеристиками:
• масса покоя фотона равна нулю:
0;
• заряд фотона равен нулю:
0;
• энергия фотона связана с его частотой и длиной волны формулами:
, ,
где ν=c/λ ― частота фотона, λ ― длина волны фотона, 3 ∙ 10 м/с ― скорость света
в вакууме, h=6,626·10-34 Дж·с ― постоянная Планка;
• скорость фотона в вакууме равна скорости света:
3 ∙ 10 м/с;
• скорость фотона в среде определяется отношением:
,
где n ― показатель преломления среды;
• импульс фотона определяется формулами:
; .
• масса движущегося фотона определяется (с помощью формулы
Эйнштейна, устанавливающей эквивалентность массы m и энергии E, т.е.
):
,или .
02.
Энергия пучка фотонов (импульса лазера) равна сумме энергий каждого
фотона в отдельности:
! ,
где N ― число фотонов в пучке, E" ― энергия одного (каждого) фотона.
03.
Мощность пучка фотонов определяется отношением:
# ,
$
где ! ― энергия пучка (импульса лазера
04.
Коэффициент полезного действия (КПД) лазера связывает электрическую
мощность лазера и мощность пучка фотонов, испускаемых лазером:
#св
%
( 100%,
#эл
где Pсв ― мощность светового пучка, Pэл ― электрическая мощность лазера
(потребляемая мощность).
2
§ 2.2. Давление света
Свет оказывает на поверхность давление.
05.
Давление света:
!
!
*1 + ,,
.$
.$
где hν/c ― импульс одного фотона, ν ― частота фотона, – длина волны фотона;
3 ∙ 10 м/с ― скорость света в вакууме, h=6,626·10-34 Дж·с ― постоянная Планка,
N/t ― число фотонов, падающих на поверхность ежесекундно, S ― площадь
поверхности, расположенной перпендикулярно падающему пучку фотонов, ρ ―
коэффициент отражения.
*1 + ,-
06.
Коэффициент отражения ― это доля отраженных от поверхности фотонов;
коэффициент отражения определяется отношением:
!отр
,
,
!
где N ― число фотонов, падающих на поверхность, Nотр ― число фотонов, отраженных
от поверхности.
Для поверхностей с различными свойствами коэффициент отражения имеет
различные значения:
• для зеркальной поверхности ρ=1;
• для зачерненной поверхности ρ=0.
07.
Сила давления света на поверхность равна произведению:
2 .,
где p ― давление света, S ― площадь поверхности, расположенной перпендикулярно
падающему пучку фотонов.