 |
 |
|
 |
|
|
МЕТАЛЛООПТИКА |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
раздел оптики (См. Оптика), в котором изучается взаимодействие металлов с электромагнитными волнами. Основные оптические особенности металлов: большой коэффициент отражения R (например, у щелочных металлов R ~ 99%) в широком диапазоне длин волн и большой коэффициент поглощения (электромагнитная волна внутри металла затухает, пройдя слой толщиной ~ 0,1110-5 см, см. Скин-эффект). Эти особенности связаны с высокой концентрацией в металле электронов проводимости (См. Электрон проводимости) (см. Металлы).
Взаимодействуя с электромагнитной волной, падающей на поверхность металла. электроны проводимости одновременно взаимодействуют с колеблющимися ионами решётки. Основная часть энергии, приобретённой ими от электромагнитного поля, излучается в виде вторичных волн, которые, складываясь, создают отражённую волну. Часть энергии, передаваемая решётке, приводит к затуханию волны внутри металла. Электроны проводимости могут поглощать сколь угодно малые кванты электромагнитной энергии ћ (ћ — Планка постоянная, — частота излучения). Поэтому они дают вклад в оптические свойства металла при всех частотах. Особенно велик их вклад в радиочастотной и инфракрасной областях спектра. По мере увеличения вклад электронов проводимости в оптические свойства металлов уменьшается, уменьшается и различие между металлами и диэлектриками (См. Диэлектрики).
Остальные валентные электроны влияют на оптические свойства металла только когда они участвуют во внутреннем Фотоэффекте, что происходит при ћ E (E — энергетическая щель между основным и возбуждённым состояниями электронов). Возбуждение электронов приводит к аномальной дисперсии волн и к полосе поглощения с максимумом вблизи частоты резонансного поглощения. Благодаря сильному электрон-электронному и электрон-ионному взаимодействию полосы поглощения в металле значительно шире, чем в диэлектрике. Обычно у металлов наблюдается несколько полос, расположенных главным образом в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра. Однако для ряда поливалентных металлов наблюдаются полосы и в инфракрасной области спектра. При частотах п, где п — плазменная частота валентных электронов, в металле возбуждаются плазменные колебания электронов. Они приводят к появлению области прозрачности при п.
В ультрафиолетовой области коэффициент отражения R падает и металлы по своим свойствам приближаются к диэлектрикам. При ещё больших частотах (рентгеновская область) оптические свойства определяются электронами внутренних оболочек атомов и металлы по оптическим свойствам не отличаются от диэлектриков.
Оптические свойства металлов описываются комплексной диэлектрической проницаемостью (См. Диэлектрическая проницаемость):
0128176494.tif
где ' — вещественная диэлектрическая проницаемость, — проводимость металла, или комплексным показателем преломления:
0178567386.tif
( — показатель поглощения). Комплексность показателя преломления выражает экспоненциальное затухание волны внутри металла. При падении плоской волны на поверхность металла под углом 0 волна внутри металла будет неоднородной. Плоскость равных амплитуд параллельна поверхности металла, плоскость равных фаз наклонена к ней под углом, величина которого зависит от . Волны, отражённые от поверхности металла, поляризованные в плоскости падения и перпендикулярно к ней, имеют разность фаз. Благодаря этому плоскополяризованный свет после отражения становится эллиптически-поляризованным. Коэффициент отражения R волн, поляризованных в плоскости падения, у металлов, в отличие от диэлектриков, всегда 0, и лишь имеет минимум при определённом .
Для чистых металлов при низкой температуре в длинноволновой области спектра длина свободного пробега электронов l становится > . При этом затухание волны перестаёт быть экспоненциальным, хотя и остаётся очень сильным (аномальный скин-эффект). В этом случае комплексный показатель преломления теряет смысл и связь между падающей и преломленной волной становится более сложной. Однако свойства отражённого света при любом соотношении между l и полностью определяются поверхностным импедансом Z, с которым связывают эффективные комплексные показатели поглощения и преломления:
nэф — iэф = 4/(cZ).
При l < величины n и в формулах заменяются на nэф и эф.
Для измерения n и массивного металлического образца исследуют свет, отражённый от его поверхности, либо поляризационными методами (измеряются характеристики эллиптической поляризации отражённого света), либо методами, основанными на измерении R (в широком спектральном диапазоне) при нормальном падении его на поверхность металла. Эти методы позволяют измерить оптические характеристики в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях с ошибкой ~0,5—2%. Для измерения тонкой структуры полос поглощения используются методы, основанные на модуляции свойств металла, приводящей к модуляции интенсивности отражённого света, которая и измеряется (термоотражение, пьезоотражение и т.п.). Указанные методы позволяют с большой точностью определить изменения R при изменении температуры, при деформации и т.п. (см. табл.), а также исследовать тонкую структуру полос поглощения. Особое внимание уделяется приготовлению поверхности исследуемых образцов. Поверхности нужного качества получаются электрополировкой или испарением металла в вакууме с последующим осаждением его на полированные подложки.
Оптические характеристики некоторых металлов
--------------------------------------------------------------------------------------
| | = 0,5 мкм | = 5,0 мкм |
| |------------------------------------------------------------------------|
| | n | | R % | n | . | R % |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Na* | 0,05 | 2,61 | 99,8 | — | — | -— |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Cu | 1,06 | 2,70 | 63,2 | 3,1 | 32,8 | 98,9 |
| Ag | 0,11 | 2,94 | 95,5 | 2,4 | 34,0 | 99,2 |
| Au | 0,50 | 2,04 | 68,8 | 3,3 | 35,2 | 98,95 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Zn | — | — | — | 3,8 | 26,2 | 97,9 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Al | 0,50 | 4,59 | 91,4 | 6,7 | 37,6 | 98,2 |
| In | — | — | — | 9,8 | 32,2 | 96,6 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Sn | 0,78 | 3,58 | 80,5 | 8,5 | 28,5 | 96,2 |
| Pb | 1,70 | 3,30 | 62,6 | 9,0 | 24,8 | 95,0 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Ti | 2,10 | 2,82 | 52,2 | 3,4 | 9,4 | 87,4 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Nb | 2,13 | 3,07 | 56,0 | 8,0 | 27,7 | 96,2 |
| V | 2,65 | 3,33 | 56,6 | 6,6 | 17,5 | 92,7 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Mo | 3,15 | 3,73 | 59,5 | 4,25 | 23,9 | 97,2 |
| W | 3,31 | 2,96 | 51,6 | 3,48 | 21,2 | 97,0 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Fe | 1,46 | 3,17 | 63,7 | 4,2 | 12,5 | 90,8 |
| Co | 1,56 | 3,43 | 65,9 | 4,3 | 14,6 | 92,9 |
| Ni | 1,54 | 3,10 | 61,6 | 4,95 | 18,5 | 94,8 |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| Pt | 1,76 | 3,59 | 65,7 | 7,6 | 20,2 | 93,7 |
--------------------------------------------------------------------------------------
* Оптические характеристики относятся к = 0,5893 мкм.
М. позволяет по оптическим характеристикам, измеренным в широком спектральном диапазоне, определить основные характеристики электронов проводимости и электронов, участвующих во внутреннем фотоэффекте. М. имеет также и прикладное значение. Металлические зеркала (См. Зеркало) применяются в различных приборах, при конструировании которых необходимо знание R, n и в различных областях спектра. Измерение n и позволяет также установить наличие на поверхности металла тонких плёнок (например, плёнки окиси) и определить их оптические характеристики.
Лит.: Соколов А. В., Оптические свойства металлов, М., 1961; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., М., 1970; Гинзбург В. Л., Мотулевич Г. П., Оптические свойства металлов, «Успехи физических наук», 1955, т. 55, в. 4, с. 489; Мотулевич Г. П., Оптические свойства поливалентных непереходных металлов, там же, 1969, т. 97, в. 2, с. 211; Кринчик Г. С., Динамические эффекты электро- и пьезоотражения света кристаллами, там же, 1968, т. 94, в. 1, с. 143; Головашкин А. И., Металлооптика, в кн.: Физический энциклопедический словарь, т. 3, М., 1963.
Г. П. Мотулевич
|
| Орфографический словарь Лопатина |
| металло`оптика, металло`оптика, -и |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: МЕТАЛЛООПТИКА
будет выглядеть так: Что такое МЕТАЛЛООПТИКА
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
