ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ОПТИКА МЕТАЛЛОВ Уравнения Максвелла и волны в металлах из "Общий курс физики Оптика Т 4 " Обратное также справедливо первое отступление вытекает из второго, если только среды не вращают плоскость поляризации. Это непосредственно очевидно, если заметить, что при соблюдении указанного условия волны Е и Е сохраняют характер своей поляризации и в соответствии с принципом суперпозиции распространяются независимо друг от друга. [c.435] однако, сейчас интересуют тонкие пленки, толщина которых мала по сравнению с Я. В этом случае формулы (67.9) M0 i. 0 упростить, разложив их fro степеням ИХ и сохранив только члены первой степени. Для таких пленок вычисление можно обобщить, не вводя предположения об однородности пленки, а предполагая что при переходе через пленку показатель преломления меняется непрерывно. Так поступили Друде (1863—1906) и многие другие авторы. Однако оценка толщин переходных слоев на поверхностях чистых жидкостей и свежих сколов кристаллов показала, что эти толщины того же порядка, что и атомные размеры или межатомные расстояния. Применять внутри таких слоев макроскопические уравнения Максвелла и характеризовать их показателем преломления не корректно. Мы получим нужные результаты методами молекулярной оптики, изложенными в предыдущем параграфе. [c.436] Величину То надо добавить к амплитуде чтобы моделировать поле отраженной волны с учетом излучения переходного слоя. Для моделирования падающей волны ту же величину То надо добавить к амплитуде но с противоположным знаком. Действительно, после такого добавления волна, проникающая извне внутрь среды и воздействующая на нее, будет моделирована излучением двух плоскостей, расположенных на границе среды плоскости с амплитудой дипольных колебаний — То) и плоскости с амплитудой таких же колебаний То- Амплитуды То и —То компенсируются. Остается только одна амплитуда как если бы переходный слой не оказывал никакого влияния на среду вдали от ее границы. Но это как раз и необходимо, чтобы поляризация среды вне переходного слоя представ-чялась однородной волной (68.4). [c.437] Для всех исследованных жидкостей с чистой отражающей поверхностью коэффициент р положителен. Для обыкновенной воды он отрицателен. Однако, как показал Рэлей, при очищении поверхности воды величина р меняет знак, обращаясь в нуль при некоторой промежуточной степени очищения. Для предельно чистой поверхности воды Рэлей нашел р = - -0,00042. В табл. 6 приведены значения р для различных жидкостей (при Л = 546 нм). [c.438] В последнем столбце табл. 6 приведены значения минимальной толщины переходного слоя, которые по теории Друде достаточны для получения наблюдаемой эллиптичности отраженного света (см. задачу 3 к этому параграфу). Хотя эта теория и макроскопическая, приведенная оценка дает правильный порядок величины /мин. Из нее видно, что переходные слои порядка одного или нескольких межатомных расстояний уже достаточны, чтобы вызвать наблюдаемые отступления от формул Френеля. Это с несомненностью указывает на то, что, наряду с переходными слоями, вызванными загрязнением, обработкой, абсорбцией газов и пр., существуют и переходные слои, обусловленные молекулярной структурой самой отражающей среды вблизи ее поверхности. [c.438] Трудно указать причины возникновения таких переходных слоев. Вот некоторые из возможных причин. 1) Электрическое поле световой волны, действующее на приграничные молекулы среды, может отличаться от действующего поля для остальных молекул. 2) Анизотропные молекулы, если среда построена из такОЕЫХ, могут ориентироваться вблизи поверхности в некоторых преимущественных направлениях. 3) Плотность среды в тонком приграничном слое может отличаться от плотности остальной среды. [c.439] Если подставить эти значения в (70.4) и (70.5), то получатся формулы Друде. [c.439] Решение. Закон Брюстера останется справедливым. Для макроскопически изотропной среды составляющие дипольных моментов молекул, параллельные преломленному лучу, меняются хаотически во времени. В силу этого излучения отдельных молекул в направлении отраженного луча некогерентны. Они не могут привести к правильному отражению, а только к диффузному рассеянию света. Но если в тонком поверхностном слое анизотропные молекулы преимущественно ориенпфованы в некотором направлении, то излучения таких молекул становятся частично когерентными, и появляется отраженный свег (см. 69). [c.440] По сравнению с диэлектриками добавляется член с током проводимости / В статических и низкочастотных полях ток обусловлен движением практически одних только свободных электронов. Движение связанных электронов, а тем более атомных ядер в этой области спектра не играет никакой роли. Но уже в инфракрасной области, где лежат собственные частоты колебаний атомных ядер, движения последних начинают существенно влиять на оптическое поведение металлов (резонанс). В дальнейшем, в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, в колебания вовлекаются и связанные электроны. [c.441] Смещения связанных зарядов вызывают поляризацию металлов, аналогичную поляризации диэлектриков. Появляется ток поляризации. Однако в высокочастотных полях нет существенной разницы между движениями свободных и связанных частиц. Нерационально связывать ток проводимости с движением только свободных, а ток поляризации — только связанных электронов. Этим понятиям надо дать точные определения, в соответствии с тем, как они используются в теории. [c.441] Величина а называется электрической проводимостью, а е — диэлектрической проницаемостью металла. (Мы пользуемся обозначением е, сохраняя е для обозначения комплексной величины, вводимой ниже.) Обе величины е и о являются функциями частоты (I). Поэтому в уравнениях (71.2) и (71.3) поле Е должно предполагаться монохроматическим. Немонохроматические поля надо разлагать на монохроматические составляющие и применять принцип суперпозиции. [c.442] С наличием проводимости о связано поглош,ение света в металлах. С точки зрения излагаемой здесь формальной теории поглощение света есть не что иное, как превращение электромагнитной энергии в джоулево тепло. [c.442] Материальные уравнения (71.2) и (71.3) дают лишь грубое описание оптических свойств металлов (см. 74) В ряде вопросов, в особенности для коротких волн (ультрафиолетовые, видимые и короткие инфракрасные лучи), они приводят к выводам, не совсем согласующимся с опытом. Более удовлетворительная теория должна основываться на квантовой теории металлов. Однако изложение такой теории далеко выходит за рамки этой книги. [c.442] Величина п называется главным показателем преломления металла. Величину к называют главным показателем затухания. Этот термин надо предпочесть обычно употребляемому термину показатель поглощения , так как затухание волны может происходить и без поглощения. Примером может служить плазма, когда частота ю меньше так называемой плазменной частоты (см. 87). Для нее величина е вещественна, но отрицательна, т. е. е = 0. В этом случае поглощения нет, но есть затухание, так как ]/е — величина чисто мнимая, а потому х 0. [c.443] Вектор к указывает направление распространения плоскостей равных фаз. В направлении вектора к убывает амплитуда волны. В общем случае плоскости равньа фаз и плоскости равных амплитуд не перпендикулярны между собой. Перпендикулярность всегда имеет место только для непоглощающих сред, когда г = 0. [c.444] Вернуться к основной статье