金属光学的理论诠释

Question

如题所述

Answer 1

光波是电磁波，在金属中传播时会因热损耗而衰减，造成金属媒质对光的吸收。吸收媒质中的光波是单色平面波，金属最主要的光学性质是它对光的吸收和反射，而反射率和吸收率均由其复折射率：
n=n－iχ
决定。式中n为实折射率，χ是消光系数，决定波的衰减。二者常称为金属的光学常数。复折射率n的引入，使透明媒质情况的各项公式（如折射定律、菲涅耳公式等）在吸收情况下形式仍然有效（见光的吸收）。 　　光由空气正入射到金属表面时，根据菲涅耳公式反射率为：
R=[(n－n0)2+χ2]/[(n+n0)2+χ2]
式中n0为空气的折射率。而吸收率为：
A=1－R=4n0n/[(n+n0)2+χ2]
光在金属中传播时其强度I的衰减规律则满足比尔定律：
I=I0e－αZ
式中I0为波长为λ的入射光的强度，α为总极化率，Z是光的传导深度，称为吸收系数。
金属的光学常数n和χ随光波长λ而变。从近红外向长波方向，二者随λ单调增大，这是由于在此波长范围内金属中的自由电子与光的相互作用起主要作用。从可见光向短波方向，因光子能量较高，金属电子的带间跃迁开始参与作用，使n和χ都与金属结构直接有关。金属光学研究电磁波与金属的相互作用，也属于固体物理学范畴。