3. Отражение от металлов.
Явления, происходящие при отражении света от металла, схожи с теми, которые были рассмотрены ранее, когда граница раздела проходила между двумя диэлектриками. Обратим внимание на некоторые особенности отражения света от металлических поверхностей и на приемы определения оптических констант металла, которые характеризуют и диэлектрик.
Физические явления при отражении электромагнитной волны от металлических поверхностей связаны с наличием в металле свободных электронов, от которых зависит электропроводность металла и плотность которых весьма велика (приблизительно 1022 см-3).
При падении света на поверхность металла возникают вынужденные колебания электронов, которые порождают сильную отраженную волну. Даже тонкие слои металла дают высокий коэффициент отражения и являются малопрозрачными. Электромагнитная волна внутри металла быстро затухает. Так же как и в случае’ диэлектрика с сильным поглощением, можно говорить о величине dэф, т. е. о проникновения света в металл и о значении главного показателя поглощения k:
(5.21)
где 0 — длина волны в вакууме, которую можно выразить через показатель преломления 0 = / n.
При падении световой волны на поверхность металла изменение интенсивности будет
(5.22)
Если в формуле (5.22) nk
= 1, то в слое
толщиной в одну длину волны (z
= )
интенсивность света
уменьшится в е4π раз.
Для металлов в видимой области спектра
к> 1. Для золота, например, к =
2,82 и
35,4.
Пленки металлов по толщине,
близкой к длине волны, практически
непрозрачны для света.
Оптические свойства металлов определяются путем измерения отраженного излучения. При отражении от металлов формулу Френеля при нормальном падении и n1 = 1 для амплитудного коэффициента отражения запишем из (5.10) в виде
.
(5.23)
Для металла показатель преломления — комплексная величина n’ = n(1-ik).
Для получения энергетического коэффициента отражения умножим формулу (5.23) на комплексно-сопряженную величину:
.
(5.24)
В (5.24) слагаемое k2n2 значительно больше (n - 1)2, поэтому R близок к единице. для металлов поглощение называют слабым, если глубина проникновения много больше длины волны, так как при этом наблюдается слабое затухание амплитуды внутри второй среды. При отражении от металлов под углом 0 имеет место разность фаз для перпендикулярной и параллельной составляющих поляризации. Следовательно, если луч, падающий на поверхность металла, поляризован линейно и плоскость поляризации составляет некоторый угол с плоскостью падения, то отраженный свет будет иметь эллиптическую поляризацию. Исследуя количественные характеристики отраженного от металла эллиптически поляризованного света, можно определить константы n и k.
Эти оптические константы связаны с электрическими характеристиками металла следующими соотношениями:
n2(1-k2) = ε; kn2 = /,
где ε – диэлектрическая проницаемость; –электропроводность; – частота излучения.
Постоянные зависят от длины волны, поэтому некоторые металлы, где эта зависимость велика, обладают ярко выраженной окраской в видимой области.