激光束的能量密度为106Jcm-3,问相应的电场多大?若激光强度为1016Wcm-2,相应的电场多大?

Question

激光束的能量密度为106Jcm-3,问相应的电场多大?若激光强度为1016Wcm-2,相应的电场多大?

Answer 1

激光束的能量密度 w=0.5(εE²+μH²),对于光的电场和磁场振幅有关系 E²/H²=μ/ε,故 w=εE²,
取 ε=ε0=8.854*10^(-12)F/m,由题设可得
E=√(w/ε)=√[106*10^6Jm^(-3)/8.854*10^(-12)F/m]≈3.46*10^9V/m；
激光强度即能流密度为 S=wu=0.5(εE²+μH²)c=εE²c,其中速度u为光速c,仍取 ε=ε0=8.854*10^(-12)F/m,由题设可得
E=√(S/cε)=√[1016*10^4Wm^(-2)/3*10^8ms^(-1)×8.854*10^(-12)F/m]≈6.18*10^4V/m.
如果题设为 w=10^6Jcm^(-3)=10^12Jm^(-3),则
E=√(w/ε)=√[10*10^12Jm^(-3)/8.854*10^(-12)F/m]≈1.06*10^12V/m；
而若第二问中 S=10^16Wcm^(-2)=10^20Wm^(-2),则
E=√(S/cε)=√[10^20Wm^(-2)/3*10^8ms^(-1)×8.854*10^(-12)F/m]≈0.61*10^12V/m.