Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
поверхность металла. Ось г направим по нормали. Слой металла толщиной dz
поглощает часть падающей энергии, пропорциональную толщине поглощающего
слоя, т. е. dl - -aldz. Если проинтегрировать это выражение от нуля до г,
то получим известный закон Бугера, о котором более подробно речь пойдет
позднее (см. гл. X):
/ = /0е~кХ (3.34)
где /0 и I - соответственно интенсивности света, падающего на поверхность
металла и вышедшего из его слоя толщиной г; а - коэффициент поглощения,
который считается не зависящим от интенсивности падающего света.
Таблица 3
Металл п ПК Н
Натрий твердый 0,044 2,42 0,97
Серебро массивное 0,20 3,44 0.94
Кадмий массивный 1,13 5,01 0,84
Алюминий массивный 1,14 5,23 0,83
Золото электролитическое 0,47 2,83 0,82
Ртуть жидкая 1,60 4,80 0,77
Медь массивная 0,62 2,57 0,71
Вольфрам массивный 3,46 3,25 0,54
Железо испаренное 1,51 1,63 0,33
Формулы более удобно описывают поглощение света металлами, если вместо а
ввести новую величину х, связанную с а следующим
образом: % - а где X- длина волны света в веществе. Такая
замена а еще мотивируется тем, что для металлов значение а достигает
десятков и сотен тысяч см-1. Поскольку показатель преломления
рассматриваемого вещества есть то Х0 = Хп, следовательно,
4 jt
а = -т-ях. Тогда закон Бугера примет вид К
/=/"е
4я
17 (tm)г (3.35)
где Я0- длина волны света в вакууме. При пх = 1 в слое толщиной в одну
длину волны в вакууме (г = Я0) интенсивность света уменьшается е4л да 105
раз. По предложению Планка поглощение
62
считается "металлическим", если пк > 1. В табл. 3 * даны оптические
постоянные некоторых металлов для волны X = 5893 А.
Как видно из вышеприведенной таблицы, действительно, для металлов пк
изменяется в пределах от 1 до 5. При переходе в длинноволновую область пк
еще больше возрастает. Так, например, при % - 6-104 А для серебра пк =
40. При дальнейшем увеличении длины волны значение пк увеличивается еще
больше.
Формула (3.35) позволяет нам более детально разобрать взаимодействие
световой волны с металлом. Так как интенсивность света пропорциональна
квадрату напряженности электрического поля Ё световой волны, то исходя из
(3.35) для амплитуды напряженности электрического поля имеем
Тогда световая волна в металле будет описываться уравнением
Пользуясь п' = п (1 - in), волну (3.36) в металле можно изобразить в
привычном нам виде:
При Е0 = const, как известно, (3.37) является уравнением плоской волны,
распространяющейся вдоль оси г. Как следует из формулы
(3.36), действительная часть п' по-прежнему определяет преломление
световой волны в металле, в то время как коэффициент мнимой части пк
описывает ее поглощение. Таким образом, пптдиргчгир гппй-ства металлов
характеризуются двумя параметрами: пик.
Поляризация света при отражении и преломлении на границе раздела
диэлектрик - металл. Так как для металлов п является комплексной
величиной, то, согласно формулам Френеля, амплитуды как преломленной, так
и отраженной волны окажутся комплексными. Это означает, что между
компонентами отраженной (а также и преломленной) волны и падающей
возникает разность фаз. Эта разность фаз для s- и p-компонент не является
одинаковой, поэтому между s- и p-компонентами отраженной (а также
преломленной) волны возникает определенная разность фаз, приведшая к
эллиптической поляризации отраженной от поверхности металла волны. Как
известно из раздела механики курса общей физики **, сложение двух взаимно
перпендикулярных колебаний с отличной от нуля разностью фаз между ними в
общем случае приводит к так называемой эллиптической поляризации ***. В
эллиптически поляризован-
* См.: Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., "Наука", 1970, с. 681.
** См.: Фриш С. Э., Т и м о р е в а А. В. Курс общей физики, т. I. М.,
Физматгиз, 1962, гл. XI, § 101.
*** Более подробно речь об эллиптической поляризации будет идти в § 7
(3.36)
(3.37)
гл. IX.
63
ном свете конец электрического (а также магнитного) вектора описывает
эллиптическою винтовую линию, навертывающуюся на эллиптический цилиндр с
неподвижной в пространстве осью, совпадающей с направлением
распространения света. Длина вектора периодически меняется вдоль винта
так, чтобы один шаг винта соответствовал одной длине волны. Очевидно, что
в этом случае в каждых двух точках, отстоящих друг от друга на длину
волны, векторы эллиптически поляризованной световой волны имеют
одинаковую длину и одинаковое направление.
Таким образом, эллиптически поляризованная волна есть такая плоская
волна, у которой проекция конца электрического (а также магнитного)
вектора на плоскость, перпендикулярную направлению распространения волны,
является эллипсом.
Если амплитуды равны и одновременно разность фаз между
компонентами составляет ±~, то колебание представляет винтовую
линию с неподвижной в пространстве оси, навертывающуюся на круговой
цилиндр. Поляризация в этом случае называется круговой,
Эллипсометрия *. Поскольку разность фаз между s- и р-компонентами
