定义
与光的吸收、反射或散射相关的力。
光子不仅携带能量,还携带动量。 因此,当粒子吸收光或改变其方向(例如通过折射)时,动量就会转移(即施加力)。 例如,这种光力负责彗星的尾巴,它总是发生在与太阳相反的一侧,由被光拖走的尘埃粒子组成。
轻质力首先由天文学家约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)考虑。 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)是著名的麦克斯韦方程组的创造者,他后来进一步发展了对光力的理解。 它们后来被俄罗斯物理学家彼得·列别杰夫在1900年通过实验证明[1]。
在简单的情况下,光力被描述为辐射压力,在吸收光的传播方向上施加力。 但是,有效力也可以具有与传播方向不同的方向。 例如,透明球体中的光折射可以重定向光线,从而产生垂直于(例如高斯)激光束的力,从而将球体拉入最高光学强度的区域。
在计算原子上的光力时,通常更方便从原子与光场相互作用产生的势梯度中得出光力。这种保守力来自例如偶极子与激光束的相互作用,其频率低于或高于原子共振跃迁的频率;然后将力分别指向具有较高或较低光学强度的位置。 红色失谐激光束可用于捕获。
还有非保守(耗散)光力,它们与速度有关。 它们对于捕获粒子也很重要,因为它们用于抑制被捕获粒子的运动。 这也称为激光冷却。
光明力在许多非常不同的情况下是相关的:
- 它们在彗星尾巴的形成中起着至关重要的作用(见上文),正如约翰内斯·开普勒在1619年已经提出的那样。
- 它们可用于捕获、冷却和操纵颗粒,例如使用光学镊子或悬浮陷阱、高功率激光器(尘埃颗粒可以被捕获并拉向腔镜)或光学时钟。
- 它们可以用作腔内“光子推进器”,被认真考虑为稳定卫星阵列内卫星相对位置的工具,用于天文学、地球物理监测、测绘、成像和监视等应用。 与通常基于火箭发动机的推进器相比,光子推进器不需要任何消耗材料,而只需要能量,可以用光伏电池收集能量。 但是,它们的能源消耗将是巨大的。
- 光力对于同位素分离也非常有用,例如在科学研究的背景下。 特别是当每个原子使用许多光子散射事件时,可以实现高同位素选择性,其中根据光谱吸收曲线的频率选择性对每个事件应用一次[6]。
- 不需要的光力发生在用于引力波探测的干涉仪中,它们会干扰测试质量。