1.3-光波在金屬表面上的反射和折射

1.3光波在金屬表面上的反射和折射前面討論了，光在非導(dǎo)電(=0)各向介質(zhì)及其界面上的傳播規(guī)律。對(duì)于金屬，它與各向同性介質(zhì)的主要差別是電導(dǎo)率(

)不等于0，金屬導(dǎo)致光波衰減，金屬對(duì)光波幾乎不透明；1.3.1

光波在金屬中的傳播1.3.2

光在金屬表面的反射和折射1.3.3

金屬表面反射的頻率特性8/17/20241.3.1光波在金屬中的傳播設(shè)金屬是一種介電常數(shù)為ε、磁導(dǎo)率為μ，電導(dǎo)率為σ的均勻各向同性介質(zhì)，則物質(zhì)方程中的J=σE必須予以考慮。由麥克斯韋方程，可得金屬中光波所滿足的波動(dòng)方程為這兩個(gè)波動(dòng)方程與(1-13)式的差別在于以復(fù)數(shù)值μεα代替了με。其中金屬中的單色平面光波，其光場(chǎng)表示式為8/17/2024復(fù)波數(shù)復(fù)折射率復(fù)波數(shù)復(fù)折射率可寫成實(shí)部n’、虛部n”金屬中的單色平面光波場(chǎng)表示式為金屬中傳播的單色平面光波是一個(gè)衰減的平面波；

n’是光波在金屬中傳播時(shí)的折射率；

n”是描述光在金屬中傳播時(shí)衰減特性的量，都是光頻率ω的函數(shù)。8/17/20241.3.2光在金屬表面的反射和折射光在金屬表面上的反射和折射，其討論方法與電介質(zhì)界面的情況相同。分別討論s分量、p分量的反射和折射特性。具體討論不作要求。結(jié)論：

s分量的反射波(波矢k(r)為實(shí)數(shù)值)：按照反射定律(θr=θi)傳播的均勻波(等振幅面與等相位面一致)。由于rs為復(fù)數(shù)值，在界面上的反射波與入射波也相差一個(gè)相位φrs。8/17/2024s分量的折射波(波矢k(t)為復(fù)數(shù)值)金屬中的折射光是一個(gè)沿-z方向衰減的非均勻波。z=常數(shù)的平面為等振幅面；等相位面為平面，滿足在界面上的任意點(diǎn)、任意時(shí)刻，折射光與入射光都相差一個(gè)相位φts。折射光的透射深度很小(nm級(jí))。入射光只能透入金屬表面很薄的一層內(nèi)。在通常情況下，金屬是不透明的，只有把它做成很薄的薄膜(比如鍍鋁的半透膜)時(shí)，才可以變成半透明的。

8/17/2024p分量的反射、折射波討論方法與s分量相同。由于φrp與φrs不同，金屬表面的反射將改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。若入射光為線偏振光，其振動(dòng)面與入射面間有一定的夾角，則由于反射光的s分量和p分量之間有一個(gè)相位差Δφ=φrp-φrs，而使反射光變成橢圓偏振光。對(duì)于橢圓偏振光的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，可以確定出金屬材料的復(fù)折射率n，也可求出ε、μ、σ等物質(zhì)常數(shù)。--橢偏法測(cè)量金屬的折射率8/17/20241.3.3金屬表面反射的頻率特性電子理論的觀點(diǎn)，電導(dǎo)率起因于金屬中有密度很大的自由電子(約1022/cm3)。當(dāng)光照射到清潔磨光的金屬表面時(shí)，自由電子將在光場(chǎng)的作用下強(qiáng)迫振動(dòng)，產(chǎn)生次波，這些次波構(gòu)成了很強(qiáng)的反射波和較弱的透射波，透射波將很快地被吸收掉。

不同金屬自由電子密度越大(電導(dǎo)率越大)，反射本領(lǐng)越大。同一種金屬，入射光頻率(波長(zhǎng))不同，