Излучение света неравновесными телами: локальный закон Кирхгофа

Цель данной работы — ввести локальную форму закона Кирхгофа для моделирования излучения света неравновесными телами. Если поглощение конечным телом обычно описывается с помощью сечения поглощения, то мы вводим локальную скорость поглощения на единицу объёма, а также локальную скорость теплового излучения на единицу объёма. Их равенство представляет собой локальную форму закона Кирхгофа. Мы рассматриваем вывод этого равенства и распространяем его на ситуации, в которых подсистемы находятся в состоянии локального термодинамического равновесия, но не находятся в равновесии друг с другом, например на горячие электроны в металле или электроны с различными уровнями Ферми в зоне проводимости и валентной зоне полупроводника. Эта форма закона Кирхгофа может использоваться для моделирования (i) теплового излучения неизотермических тел конечного размера, (ii) теплового излучения тел с носителями заряда, имеющими разные температуры, и (iii) спонтанного излучения полупроводников при оптической накачке (фотолюминесценции) или электрической накачке (электролюминесценции). Наконец, мы показываем, что соотношение взаимности, связывающее светоизлучающие диоды и фотоэлектрические элементы и выведенное Рау, является частным случаем локального закона Кирхгофа.