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Titelaufnahme

Titel
Self-consistent Optomechanical Dynamics and Radiation Forces in Thermal Light Fields / von Matthias Sonnleitner
VerfasserSonnleitner, Matthias
Begutachter / BegutachterinRitsch, Helmut ; Horak, Peter
GutachterRitsch, Helmut ; Ritsch-Marte, Monika
Erschienen2014
UmfangXII, 130 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Enth. u.a. 4 Veröff. d. Verf. aus den Jahren 2011 - 2013 . - Zsfassung in dt. Sprache
Datum der AbgabeMärz 2014
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Lichtkräfte / Strahlungskräfte / optical stretcher / Optomechanik / Thermische Strahlung / Schwarzkörperstrahlung
Schlagwörter (EN)light forces / radiation forces / optical stretcher / optomechanics / thermal radiation / blackbody radiation
Schlagwörter (GND)Strahlungsdruck / Optomechanik / Wärmestrahlung / Schwarze Strahlung
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-545 Persistent Identifier (URN)
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Self-consistent Optomechanical Dynamics and Radiation Forces in Thermal Light Fields [3.77 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In der vorliegenden Arbeit werden zwei Fragestellungen aus dem Thema der mechanischen Wechselwirkung zwischen neutraler Materie und elektromagnetischer Strahlung bearbeitet.Der erste Teil befasst sich mit der komplexen Dynamik innerhalb eines elastischen Dielektrikums, welches unter Einwirkung optischer Kräfte verformt wird. Dazu wird ein Modell entwickelt, bei dem ein Medium durch eine Abfolge unendlich dünner Strahlteiler beschrieben wird. Dadurch kann die Wechselwirkung mit der einfallenden Strahlung durch einen Transfer-Matrix-Ansatz berechnet werden. Da die Kraft auf einzelne Strahlteiler bekannt ist kann so auch die korrekte optische Kraftdichte innerhalb des Mediums berechnet werden. Dies erlaubt die selbst-konsistente Beschreibung, wie sich ein ursprünglich homogenes Medium unter Einwirkung eines Lichtfeldes verformt bzw. wie sich die Dichte und der Brechungsindex des Mediums lokal verändern.Im zweiten Teil geht es um mechanische Lichteffekte auf Atome in thermischen Strahlungsfeldern. Anhand eines allgemeinen Modells zur Wechselwirkung zwischen einem Atom und einer heißen, Schwarzkörperstrahlung emittierenden Kugel wird gezeigt, dass die anziehende Gradientenkraft überraschend stark sein kann. In einigen Beispielen ist der abstoßende Strahlungsdruck vollkommen vernachlässigbar, sodass Atome zur thermischen Strahlungsquelle gezogen werden. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf möglichen Auswirkungen auf astrophysikalische Szenarien, wo die Wechselwirkung zwischen heißem Staub und Atomen, Molekülen oder Nanoteilchen von besonderem Interesse sind.

Zusammenfassung (Englisch)

We discuss two different aspects of the mechanical interaction between neutral matter and electromagnetic radiation.The first part addresses the complex dynamics of an elastic dielectric deformed by optical forces. To do so we use a one-dimensional model describing the medium by an array of beam splitters such that the interaction with the incident waves can be described with a transfer-matrix approach. Since the force on each individual beam splitter is known we thus obtain the correct volumetric force density inside the medium. Sending a light field through an initially homogeneous dielectric then results in density modulations which in turn alter the optical properties of this medium.The second part is concerned with mechanical light-effects on atoms in thermal radiation fields. At hand of a generic setup of an atom interacting with a hot sphere emitting blackbody radiation we show that the emerging gradient force may surpass gravity by several orders of magnitude. The strength of the repulsive scattering force strongly depends on the spectrum of the involved atoms and can be neglected in some setups. A special emphasis lies on possible implications on astrophysical scenarios where the interactions between heated dust and atoms, molecules or nanoparticles are of crucial interest.