Особенности отражения световой волны от поверхности металлов

В отличии от диэлектриков метал имеет свободные электроны, которые вызывают сильное поглощение световой волны и высокое отражение. Преломление и отражение света от поверхности метала можно рассматривать с позиции теории электромагнитного поля.

Уравнение Максвелла для металлов

(2.58)

Из системы уравнений 2.58 с учетом, что проводимость ( - проводимость), можем получить волновое уравнение для металлов

(2.59)

Для монохроматических волн:

Уравнение (2.59) может быть представлено в виде волнового уравнения для диэлектриков:

(2.60)

(2.61)

В уравнении (2.60) считается - комплексная диэлектрическая проницаемость

Из (2.60) следует, что свет в металлах распространяется аналогично распространению в диэлектриках. Отличие состоит в том, что металлы имеют комплексную диэлектрическую проницаемость (2.61), или комплексный показатель преломления который находится из уравнения:

(2.62)

- комплексный показатель преломления

Предоставим комплексный показатель преломления в виде:

(2.63)

(2.64)

(2.65)

Из (2.65) следует, что параметр зависит от частоты световой волны w и характеризует поглощение света в металлах. Чем больше тем лучше метал отражает свет. С увеличением проводимости метала возрастает. Идеальный проводник является идеальным зеркалом.

Для Al:

При нормальном падении света на металлическую поверхность формула Френеля имеет вид: (2.66)

Комплексный показатель преломления металла вызывает возникновение дополнительной разности фаз при отражении света, составляющих и . При сложении этих составляющих возникает электрический поляризованный свет, параметры которого зависят от n и . Измеряя параметры отраженного света можно исследовать свойства металла. Такой метод исследования называется элипсометрией.

3. Основы электромагнитной теории дисперсии света.

3.1.Понятие дисперсии.

Дисперсия- это зависимость оптического параметра (показателя преломления среды) от длины волны или частоты w.

(3.1)

w

Явление дисперсии вызывает разложение света сложного состава на монохроматические составляющие при прохождении через призму.

красный

фиолетовый

Численно дисперсия характеризуется величиной:

(3.2)

Диспергирующие свойства призмы характеризуются:

1.Угловой дисперсией

(3.3)

2. Линейной дисперсией

= (3.4)

Минимальный угол отклонения наблюдается в том случае, когда луч внутри призмы распространяется перпендикулярно биссектрисе преломляющего угла.

Этот угол определяется из уравнения:

(3.5)

Формула (3.5) используется для измерения показателя преломления и дисперсии.

(3.6)

При измерениях используют спектральные линии Фраунгофера, а дисперсия среды определяется по формуле:

(3.7)

и - линии Фраунгофера паров кадмия

Если среда имет дисперсию ,то такая дисперсия называется нормальною.

В области линий поглощения среды такая дисперсия называется аномальной.

Для математического описания нормальной дисперсии (аппроксимации) используют:

1.Формулу Коши:

(3.8)

2.Формулу Гартмана

(3.9)

и - постоянные коэффициенты, которые представлены в каталогах на оптические материалы.

Date: 2015-05-18; view: 742; Нарушение авторских прав