Interação da luz com meios contínuos: abordagens clássica e quântica
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Mario Sergio de Carvalho Mazzoni
Oscar Nassif de Mesquita
Jose Roberto Leite
Paulo Americo Maia Neto
Oscar Nassif de Mesquita
Jose Roberto Leite
Paulo Americo Maia Neto
Resumo
Nesta tese estudamos alguns aspectos fundamentais relacionados à interação da radiação eletromagnética com meios contínuos. Na primeira parte da tese, propomos uma divisão da densidade de energia, da densidade de momento e do fluxo de energia de ondas eletromagnéticas clássicas em meios lineares não-absorvedores em partes material e eletromagnética. A parte eletromagnética que propomos para essas grandezas tem a mesma forma independentemente do meio quando escrita em termos dos campos elétrico e magnético da onda, sem uma dependência explícita com as propriedades do meio. A parte material é calculada diretamente em modelos adotados para os meios materiais e a consistência da divisão é verificada em uma série de exemplos. Acreditamos que as formas que propomos para essas grandezas, embora façam as mesmas previsões experimentais que outras propostas, são as mais naturais e intuitivas, se encaixando de maneira elegante nos conceitos fundamentais do eletromagnetismo clássico. Na segunda parte da tese, apresentamos uma extensão do formalismo de Bialynicki-Birula e Sipe para funções de onda de fótons que inclui a interação com meios contínuos, o que resulta em uma maneira alternativa para se descrever quanticamente as interações entre a luz e a matéria. Como exemplo de aplicação do formalismo, o estado dos fótons gêmeos gerados pelo processo de conversão paramétrica descendente é obtido em concordância com trabalhos anteriores, mas com uma interpretação mais intuitiva.
Abstract
In this thesis we study some fundamental aspects related to the interaction of electromagnetic radiation with continuous media. In the first part of the thesis, we propose a division of the energy density, of the momentum density and of the energy flux of classical electromagnetic waves in linear non-absorptive media into electromagnetic and material parts. The electromagnetic part has the same form independently of the medium when written as a function of the averaged electric and magnetic fields, without an explicit dependence with the properties of the medium.The material part is calculated directly from models adopted for the material media and the consistency of the division is verified through a series of examples. We believe that the forms that we propose for these physical quantities, although make the same experimental predictions than other proposals, are the most natural and intuitive forms, elegantly inserted in the fundamental concepts of classical electromagnetism.In the second part of the thesis, we present an extension of the photon wave function formalism introduced by Bialynicki-Birula and Sipe that includes the interaction with continuous media, which results in an alternative way for describing the quantum interaction between light and matter. As an example of application of the formalism, we calculate the quantum state of the twin photons generated by parametric down- conversion in agreement with previous treatments, but with a more intuitive interpretation.
Assunto
Ondas eletromagneticas, Função de onda, Conversão paramétrica descendente, Luz Interação com meios contínuos, Física, Equação de onda, Radiação eletromagnética
Palavras-chave
Função de onda, Interação luz-matéria, Momento de onda, Onda eletromagnética