光と物質の相互作用入門 統合自然科学科 深津 晋 The University of Tokyo, Komb Grdute School of Arts nd Sciences 0. 光は電磁波 振動しながら進行する電磁場 波長 λ γ線 0.1nm 10 nm 380 nm 780 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1mm 1cm 1 m 1,000 m 単位の変換関係 X線 真空紫外 深紫外 紫外 可視 近赤外 中赤外 遠赤外 テラヘルツ ミリ波 マイクロ波 S=EH x y ev 波数 1 kev 107 cm- 1 10 ev 周波数 PHz THz 1015 Hz 長波 メートル波 104 cm- 1 10 mev 1012 Hz GHz MHz 短波 ラジオ波 1 ev 109 Hz VHF, UHF 106 Hz 103 Hz 1 mev 10 cm- 1 0.01 cm- 1 1 ev 1 µm 104 cm- 1 104 K
( c)b E E = E 0 sin(kx "t) B = B 0 sin(kx "t) B c E = cb E x = 0 = ck ( cf. " = c) S k x E = e 2" 0 V eik#r$it xp " xk " 2#
A. Einstein Concerning Heuristic Point of View Towrd the Emission nd Trnsformtion of Light (1905) E K = " # E K = " #
µ P = N µ E = E 0 sin(kx "t) E = 0 E + P E R = µ 0 4 R P = ( " 0 )E R R " # R R " & P $ % ' ( P = Nex (" 2 )
$ 2 E 2 E " µ 0 # 0 $t = 0 $ 2 E 2 2 E " µ 0 # 0 $t = µ 2 0 $ 2 P $t 2 1=R+T+(A or S) 0 " 0
E 1 E 1 0 E N 0 E N 0 0 E 1 = sin" E N 0 E T = = 2"sin# $ N " n=1 E n e i 0 t = e i 0 t N E 0 e #i 0( n#1 )sin$/c " n=1 sin$ % e i 0 t E 0 e #i 0 N#1 2c I T = I sin 2 N 2 sin 2 2 sin (& 2) sin N& 2
輻射光強度の出射方向依存性 反射光 透過光 原子が少ない 広い放射角 1.0 回折現象 Normlized intensity 0.8 原子が多い ２方向のみ輻射 N=1e2 N=1e3 N=1e4 N=1e5 N=1e6 0.6 散乱光の干渉 1) 透過光 前方散乱 入射光と同じ方向 (θ= 0 ) 2) 反射光 後方散乱 0.4 入射光と反対方向 (θ=π) 0.2 =2m" # 0.0-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Emission ngle, (/") 1.0 1.2 " 0.1 µm " 0.1 nm 斜め入射の場合 鏡面反射 スクリーン (speculr reflection) EE01 N " E0 e n=1 i 0t E0 e#i' #i 0n/c(sin$ #sin% ) sin ( N% 2 ) sin (% 2 ) 0.8 En 輻射光 Normlized intensity =e i 0t 1.0 i 0t n=1 &e 入射光 ET = " En e " >> 1 m = 0 反射は100%散乱光 透過の一部は散乱光 N sin =m N=1e2 N=1e3 N=1e4 N=1e5 N=1e6 0.6 0.4 0.2 ラウエ関数は不変で角度だけ変化 = 0.0 2" ( sin# $ sin ) & sin = sin" % 鏡面反射 フェルマーの定理の帰結 -0.2 Emission =" " #$ ngle, = (/") 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 鏡面反射 = ", # $ "
0 1=R+T+(A or S) 0 0 " 0 ˆn > n E T = N " n=1 E n e i 0 t N " = e i 0 t E 0 e #i 0 /c n sin$#nsin% n=1 & e i 0 t E 0 e #i' sin N% 2 sin % 2 = 2" ( ˆnsin# $ nsin% ) & ˆn sin" = n sin#
w_rd = 2"k c w/o_rd = 2"k c n 1 n Eg R = n "1 2 n +1 0 E t "
Cloking J. B. Pendry, et l. Science 312, 1780 (2006) µ > 0, < 0 µ > 0, > 0 µ < 0, < 0 µ < 0, > 0 e e, n = e " n g g e n n ( n +1) e g n n n -1 n n +1 n
E 0 1 b 1b E g 1 2 1 " 1b 1 2 1 + 1b e g g e n n ( n +1) e g n n n -1 n n +1 n
E = E 0 sin( kx "t) TDBC: 5,5,6,6 -tetrchloro-1-1 -diethyl- 3,3 -di(4-sulfobuthyl)-benzimidzolocrbocynine J-Aggregte J-Aggregte Monomers Monomers J. Belless et l., PRL 93, 036404 (2004).
Y. Ysutke et l. 2011 (unpublished). J. Belless et l., PRL 93, 036404 (2004).
) its ụ n r b ( e n c c t e fle R 1.2 1.0 0.8 0.6 400 500 600 Wvelength (nm) 700 800 Y. Ysutke et l. 2011. unpublished 1 2 m V 2 = h "W e e Cs W
LLD ULD ULD Upper Level Discri. LLD Lower Level Discri. ULD LLD
Which-pth Both-pth S. P. Wlborn et l., Am. Sci. 91, 336 (2003) 1 k 1 1 + 1 + 2 + 2 + 2 + 1 + 1 + 2 2 k 2 Both- pth ( 1 Which- pth 1 +, 1 k 1 1 + 1 + 2 + 2 1 + 1 1 + 2 1 1 + k 1 2 k 2 2 2 k 2 1 + 1 2 1 + 2 2 k 1 1 k 1 2 2 + k 2 2 2 +, 2 k 2
(BS) I = E 1 + E 2 2 I = E 0 2(1+cos) B S P(1)=0.5 P(2)=0.5