Плотность потока энергии

Плотность потока энергии электромагнитного поля определяется вектором Умова - Пойнтинга

,

который указывает направление и количество энергии, переносимой световой волной за единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. Модуль вектора в случае плоской волны может быть представлен в виде: ,

где учтено одно из соотношений.

Учитывая, что значение вектора электромагнитной волны оптического диапазона изменяется с частотами порядка 10¹⁵ Гц, то следить за изменением этой величины во времени невозможно. Можно наблюдать и измерять лишь средние значения, как величины Е ², так и величины S, по очень большому числу периодов колебаний. Поэтому от мгновенных величин необходимо перейти к средним.

Учитывая, что для гармонических волн E = Е ₀ cosw t, где Е ₀ – амплитуда напряженности электрического поля волны, находим среднюю по времени плотность потока энергии, которую называют обычно интенсивностью света:

Обычно в эксперименте используют пучки света конечного сечения, по которому плотность потока распределена неравномерно. Чаще всего пучок имеет круговое сечение, распределение плотности энергии по которому аксиально симметричное и гауссово. Такой пучок называется гауссовым, и распределение средней плотности потока энергии имеет вид где S ₀ – средняя плотность потока энергии в центре пучка (r = 0); r – расстояние от центра. На расстоянии r ₀ плотность потока энергии убывает в е = 2,72 раза. По обычной договоренности об обращении с экспоненциально убывающими величинами можно сказать, что радиус пучка равен r ₀. Гауссовы волны могут служить математической моделью излучения оптических квантовых генераторов (лазеров).