Введение в спектроскопию диэлектриков. Часть I. Васильев А.Н - 17 стр.

UptoLike

âîçáóæäåíèÿ ñîîòâåòñòâóþò ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû, îãèáà
-
þùàÿ êîòîðûõ çàòóõàåò â ïðîñòðàíñòâå ïî çàêîíó
e
kr-
2
. Òàêàÿ
çàäà÷à ñîîòâåòñòâóåò ãðàíè÷íîé çàäà÷å, êîäà èñòî÷íèêè ñòàöè
-
îíàðíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ðàñïîëîæåíû âíå îáëàñòè,
â êîòîðîé ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ïîëÿ. Ñëó÷àé äåéñòâèòåëüíîãî
k
è ìíèìîé ÷à÷òîòû
~
w
îïèñûâàåò ðåëàêñàöèþ âî âðåìåíè íà
-
÷àëüíîãî âîçìóùåíèÿ. Ïðîñòðàíñòâåííî-íåîäíîðîäíîå âîçìó
-
ùåíèå ìîæåò áûòü â ýòîì ñëó÷àå ðàçëîæåíî ïî ôóíêöèÿì äåé
-
ñòâèòåëüíîãî
k
, è ïðè ýòîì êîìïëåêñíûå ÷àñòîòû
~
w
îïèñûâàþò
çàòóõàíèå âî âðåìåíè ñ îãèáàþùåé
e
t-w
2
. Òàêèì îáðàçîì,
êîìïëåêñíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü
()
~
,ewk
, çàâèñÿ
-
ùàÿ îò ÷àñòîòû
w
è âîëíîâîãî âåêòîðà
k
, ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü
ðàññìîòðåíèå êàê ïðîñòðàíñòâåííîé, òàê è âðåìåííîé ýâîëþ
-
öèè âîçìóùåíèé ëþáîãî òèïà â ñðåäå, êîòîðàÿ íàõîäèòñÿ
áëèçêî îò ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ. Äëÿ ñèëüíîãî âîçáóæäå-
íèÿ ñðåäû (íàïðèìåð, â îáëàñòè ðàäèàöèîííîãî òðåêà) íåîá-
õîäèìî, êðîìå òîãî, ó÷èòûâàòü èçìåíåíèå äèýëåêòðè÷åñêîé
ïðîíèöàåìîñòè âî âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâå.
Äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü òàêæå îïðåäåëÿåò ôëóê-
òóàöèîííûå ñâîéñòâà ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé â äèýëåêòðè-
êàõ. Âîîáùå ãîâîðÿ, â ñîîòâåòñòâèè ñ ôëóêòóàöèîííî-äèññè-
ïàöèîííîé òåîðåìîé èíòåíñèâíîñòè ïîãëîùåíèÿ è ôëóêòóà-
öèé òåñíî âçàèìîñâÿçàíû äðóã ñ äðóãîì (ñì., íàïðèìåð, [21],
à òàêæå ðàçäåë 3.3). Ýòî äàåò âîçìîæíîñòü îïèñàòü ïðîöåññû
ðåëàêñàöèè âîçáóæäåíèé â òåðìèíàõ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ôëóê-
òóàöèÿìè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Òàêîé ïîäõîä, ïîñëåäîâà-
òåëüíî ðàçâèòûé Þ.Ë.Êëèìîíòîâè÷åì [22] äëÿ ïëàçìîïîäîá
-
íûõ ñðåä, ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè ïîëóôåíîìåíîëîãè÷åñêîå èññ
-
ëåäîâàíèå ðåëàêñàöèè ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé.
Ïîìèìî äâóõ ïàð ôóíêöèé (
e
1
è
e
2
;
n
è
k
), äðóãîé âàæíîé
õàðàêòåðèñòèêîé âåùåñòâà ÿâëÿåòñÿ êîýôôèöèåíò ïîãëîùå
-
íèÿ ñâåòà. Äëÿ ïðîñòîòû ìû îãðàíè÷èìñÿ âîëíàìè ñ ïëîñêîé
ïîëÿðèçàöèåé, ðàñïðîñòðàíÿþùåéñÿ âäîëü îñè
x
, ñ ýëåêòðè
-
÷åñêèì âåêòîðîì, ïàðàëëåëüíûì îñè
y
(âåêòîð-ïîòåíöèàë òàê
-
æå ïàðàëëåëåí ýòîé îñè). Ìîäóëü âåêòîðà Óìîâà—Ïîéíòèí
-
ãà, õàðàêòåðèçóþùèé ïîòîê ýíåðãèè â ýëåêòðîìàãíèòíîé âîë
-
íå, ðàâåí
[]
SEH
A
== =
-
S
c
c
e
x
x
xc
48
2
2
2
p
w
p
wk
. (1.16)
16
âîçáóæäåíèÿ ñîîòâåòñòâóþò ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû, îãèáà-
þùàÿ êîòîðûõ çàòóõàåò â ïðîñòðàíñòâå ïî çàêîíó e - k2r . Òàêàÿ
çàäà÷à ñîîòâåòñòâóåò ãðàíè÷íîé çàäà÷å, êîäà èñòî÷íèêè ñòàöè-
îíàðíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ðàñïîëîæåíû âíå îáëàñòè,
â êîòîðîé ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ïîëÿ. Ñëó÷àé äåéñòâèòåëüíîãî k
è ìíèìîé ÷à÷òîòû w  ~ îïèñûâàåò ðåëàêñàöèþ âî âðåìåíè íà-
÷àëüíîãî âîçìóùåíèÿ. Ïðîñòðàíñòâåííî-íåîäíîðîäíîå âîçìó-
ùåíèå ìîæåò áûòü â ýòîì ñëó÷àå ðàçëîæåíî ïî ôóíêöèÿì äåé-
                                                  ~
ñòâèòåëüíîãî k, è ïðè ýòîì êîìïëåêñíûå ÷àñòîòû wîïèñûâàþò
                                       -w 2t
çàòóõàíèå âî âðåìåíè ñ îãèáàþùåé e           . Òàêèì îáðàçîì,
êîìïëåêñíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ~e(w,k), çàâèñÿ-
ùàÿ îò ÷àñòîòû w è âîëíîâîãî âåêòîðà k, ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü
ðàññìîòðåíèå êàê ïðîñòðàíñòâåííîé, òàê è âðåìåííîé ýâîëþ-
öèè âîçìóùåíèé ëþáîãî òèïà â ñðåäå, êîòîðàÿ íàõîäèòñÿ
áëèçêî îò ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ. Äëÿ ñèëüíîãî âîçáóæäå-
íèÿ ñðåäû (íàïðèìåð, â îáëàñòè ðàäèàöèîííîãî òðåêà) íåîá-
õîäèìî, êðîìå òîãî, ó÷èòûâàòü èçìåíåíèå äèýëåêòðè÷åñêîé
ïðîíèöàåìîñòè âî âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâå.
     Äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü òàêæå îïðåäåëÿåò ôëóê-
òóàöèîííûå ñâîéñòâà ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé â äèýëåêòðè-
êàõ. Âîîáùå ãîâîðÿ, â ñîîòâåòñòâèè ñ ôëóêòóàöèîííî-äèññè-
ïàöèîííîé òåîðåìîé èíòåíñèâíîñòè ïîãëîùåíèÿ è ôëóêòóà-
öèé òåñíî âçàèìîñâÿçàíû äðóã ñ äðóãîì (ñì., íàïðèìåð, [21],
à òàêæå ðàçäåë 3.3). Ýòî äàåò âîçìîæíîñòü îïèñàòü ïðîöåññû
ðåëàêñàöèè âîçáóæäåíèé â òåðìèíàõ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ôëóê-
òóàöèÿìè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Òàêîé ïîäõîä, ïîñëåäîâà-
òåëüíî ðàçâèòûé Þ.Ë.Êëèìîíòîâè÷åì [22] äëÿ ïëàçìîïîäîá-
íûõ ñðåä, ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè ïîëóôåíîìåíîëîãè÷åñêîå èññ-
ëåäîâàíèå ðåëàêñàöèè ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé.
     Ïîìèìî äâóõ ïàð ôóíêöèé (e1 è e2 ; n è k), äðóãîé âàæíîé
õàðàêòåðèñòèêîé âåùåñòâà ÿâëÿåòñÿ êîýôôèöèåíò ïîãëîùå-
íèÿ ñâåòà. Äëÿ ïðîñòîòû ìû îãðàíè÷èìñÿ âîëíàìè ñ ïëîñêîé
ïîëÿðèçàöèåé, ðàñïðîñòðàíÿþùåéñÿ âäîëü îñè x, ñ ýëåêòðè-
÷åñêèì âåêòîðîì, ïàðàëëåëüíûì îñè y (âåêòîð-ïîòåíöèàë òàê-
æå ïàðàëëåëåí ýòîé îñè). Ìîäóëü âåêòîðà Óìîâà—Ïîéíòèí-
ãà, õàðàêòåðèçóþùèé ïîòîê ýíåðãèè â ýëåêòðîìàãíèòíîé âîë-
íå, ðàâåí
                                2
                c          w2 A
    S = Sx =      [EH ]x =      e - 2 wkx c .          (1.16)
               4p           8pc

                                16