Отражение_и_преломление_электро-магнитных_волн
.pdfОсновы металлооптики.
В металле в 1 см3 находится n =1022 свободных электронов. Эти электроны, приходя в колебания под действием световой волны, взаимодействуют с ионами металла, в результате чего энергия, заимствованная от электромагнитной волны, превращается в тепло. Поэтому волна в металле быстро затухает.
Чем больше коэффициент электропроводности, тем выше отражательная способность металлов. Если частота волны мала (инфракрасные лучи), оптические свойства металлов обуславливаются главным образом свойством электрической проводимости. Но с ростом частоты (видимый и ультрафиолетовый свет) основную роль играют связанные электроны, частоты которых лежат в области более коротких длин волн. К примеру,
серебро для длины волны λ = 316 нм отражает только 4,2%, также как и стекло. |
|
|||||||||
λ (нм) |
|
288 |
305 |
316 |
326 |
338 |
357 |
450 |
700 |
1000 |
251 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r2 |
34 |
21,2 |
9,1 |
4,2 |
14,6 |
55 |
74,4 |
90,5 |
96,0 |
97,5 |
|
|
|
Рис. Зависимость r2 = r2 (λ) для серебра. |
|
|
|
В соответствии с этим серебро в тонких слоях представляется на просвет фиолетовым.
Щелочные |
металлы толщиной |
сравнимой |
сλ непрозрачны для |
видимого света и |
|||||||||||||||||||||||
прозрачны для ультрафиолетового: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Цезий: λ = 440 нм |
|
|
|
|
|
|
|
Калий: λ = 315 нм |
|
|
Литий: λ = 205 нм |
||||||||||||||||
Рубидий: λ = 360 нм |
|
|
|
|
|
|
Натрий: λ = 210 нм |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Поглощение: dI = −αIdz , где I -падающий свет, |
z - слой, α - коэффициент поглощения. |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
I = I0e−αz - закон Брюгге. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Таким образом на глубине z = |
1 |
|
интенсивность падает в e раз. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4π |
|
|
αλ и λ |
|
|
|
|
|
|
4π næ , т.е. I = I |
|
e− |
|
næz |
|||||||||||||||
Если æ = |
= nλ , то, следовательно, α = |
0 |
λ0 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
4π |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Планк считал, что поглощение называется "металлическим", если næ > 1. |
|||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
A = A e− |
2αz |
|
= A e− |
|
næz |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
λ0 |
и, следовательно, в металле |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
λ |
næz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S = Acos(ωt − |
|
|
|
z) = |
A e |
|
0 |
|
|
cos(ωt − |
|
|
nz) |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
λ |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
λ0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
− |
2π |
|
|
|
|
|
|
2π |
nz) |
|
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
||||
λ |
næz |
|
i(ωt − λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
S = A e |
|
0 |
|
Re e |
|
|
|
|
0 |
|
= A Re exp{i[ωt − |
|
|
|
|
n(1−iæ)z]} |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
λ0 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
= n(1 −iæ) , где niæ - поглощение, n и æ - константы для металла. |
||||||||||||||||||||||
n |
|||||||||||||||||||||||
n2 (1 − æ2 ) = ε , n2æ =σ/ν , где ν |
- частота света, ε - диэлектрическая проницаемость. |
||||||||||||||||||||||
Для нормального падения света на металл |
|||||||||||||||||||||||
r |
= r |
|
= − |
n(1 − iæ) - 1 |
= |
(n −1) − iæn |
= |
|
r |
|
eiδr |
||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|| |
|
|
n(1 − iæ) |
+ 1 |
|
|
(n +1) − iæn |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
tgδr = |
|
2(næ) |
|
r |
2 |
= |
(n −1)2 + æ2n2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1 − n |
|
−(næ) |
|
|
|
|
(n +1) |
|
+ æ |
n |
|
|
|
|
|
|
|
Для желтого света: ν = 5 1014 c , r/ν =1000 , r = 5,14 1017 c−1 n2æ =1,67 .