J. Phys. France 42, 1413-1419 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:0198100420100141300

On electromagnetic wave momentum transfer to an inhomogeneous plasma

R. Dragila

Laser Physics Laboratory, Department of Engineering Physics, Research School of Physical Sciences, The Australian National University, Canberra, ACT, 2600, Australia

Abstract
Electromagnetic plane wave momentum transfer to an inhomogeneous plasma slab has been evaluated for an arbitrary reflecting and absorbing plasma density profile based on Euler's equation of motion but including a ponderomotive term. In the limit where the plasma density follows a step function, the Fresnel formulae for the coefficient of reflectivity have been obtained for both normal and oblique incidence (s- and p-polarization). For a smooth profile with a maximum density higher than the relevant critical density, the ponderomotive force induced pressure on the overdense plasma cannot be higher than 2 w0 (w0 is the electromagnetic energy density corresponding to the incident wave in a vacuum), and is independent of the wave swelling near the critical density. Also, for the case of oblique incidence, the analogues of the Abraham and Minkowski momenta have been calculated.

Résumé
Nous calculons le transfert d'impulsion d'une onde électromagnétique sur une couche de plasma inhomogène de profil de densité quelconque à l'aide de l'équation d'Euler incluant un terme de force pondéromotrice. Dans le cas limite où le profil de densité du plasma est une fonction en marche d'escalier, nous obtenons les formules de Fresnel en incidences normale et oblique (polarisation s et p). Pour un profil de densité régulier avec un maximum supérieur à la densité critique appropriée, la pression induite par la force pondéromotrice sur le plasma plus dense ne peut pas dépasser 2 w0 (w0 est la densité d'énergie électromagnétique de l'onde incidente dans le vide) et cette pression n'est pas modifiée par l'accroissement d'amplitude de l'onde près de la densité critique. Dans le cas d'une incidence oblique, on a aussi calculé les analogues des impulsions d'Abraham et de Minkowski.

PACS
5235H - Electromagnetic waves (e.g., electron-cyclotron, Whistler, Bernstein, upper hybrid, lower hybrid).
5240D - Electromagnetic (nonlaser) radiation interactions with plasma.

Key words
electromagnetic wave propagation in plasma -- plasma density