Какова амплитуда электрического поля в лазере?

Напряженность электрического поля связана с мощностью лазера вектором Пойнтинга . Это дается:

и величина$\mathbf{S}$это сила. Предполагая, что мы можем рассматривать ваш лазер как плоскую волну (что кажется разумным), тогда$\mathbf{E}$и$\mathbf{H}$находятся под прямым углом, поэтому мощность просто:

и$H = E/\eta$так что мы в итоге с:

В этом выражении$P$это пиковая мощность, но на самом деле нам нужна средняя мощность, потому что это то, что даст спецификация вашего лазера. Как это бывает, это просто вводит коэффициент половины:

Помните, что$P_\text{av}$это мощность на единицу площади, поэтому вам нужно взять мощность вашего лазера и разделить на площадь луча. Затем подставьте в уравнение выше и решите для$E$.

Когда вы говорите такие вещи, как

Мой вопрос как раз о типичном значении амплитуды в эксперименте с лазерами.

вы столкнетесь с проблемой, потому что «типичные эксперименты» используют мощности лазера, которые охватывают многие порядки.

В общем, вы можете найти электрическое поле по напряженности $I$света, который равен количеству энергии на единицу площади, прошедшей через свет, по формуле

Теперь, чтобы получить интенсивность, вам нужна мощность лазера и размер пятна, и здесь вы столкнетесь с проблемой, потому что они могут сильно различаться в зависимости от того, чего вы хотите достичь с помощью эксперимента. Однако:

• Размер пятна обычно не представляет большой проблемы. Для обычной лазерной указки можно взять порядка$1\:\mathrm{mm^2}$, но если вы тщательно сфокусируетесь, вы можете получить фокусные пятна, размер которых чуть больше длины волны, поэтому для видимого света порядка$1\:\mathrm{\mu m}^2$.

• На низком уровне многие эксперименты проводятся в режиме один фотон на выстрел, возможно, с одним выстрелом в микросекунду, что в целом дает очень маленькую мощность лазера.

• Для обычной лазерной указки мощность будет ограничена примерно$1\:\mathrm{mW}$. (Любой выше, чем это, и это становится опасным.)

• В конце концов, наиболее интенсивные лазеры, используемые в настоящее время, создают электрические поля настолько сильные, что когда электрон колеблется под действием электрического поля лазера, (i) он достигает релятивистского режима, и (ii) его усредненная за цикл энергия колебаний становится равной в несколько раз больше энергии покоя электрона$m_ec^2$. Это означает, что движение электрона самопроизвольно порождает пары электрон-позитрон, а позитрон позже рекомбинирует и испускает гамма-лучи. Это не приятные эксперименты, чтобы стоять без дела.

  Однако с точки зрения интенсивности это происходит где-то на$10^{19}\:\mathrm{W/cm^2}$отметка, но рекорд, вероятно, выше, чем$10^{22}\:\mathrm{W/cm^2}$в эти дни.

Этого достаточно, чтобы рассчитать необходимое количество; Я намеренно оставил несколько ящиков пустыми, чтобы вы могли немного размять мышцы.

Простое правило: электрическое поле (в В/м) = 2745*sqrt(напряженность), тогда как напряженность дается в Вт/см².