资源描述
光波在金属表面的反射和透射 与前面讨论的均匀透明介质相比,金属最 显著的特点是：一般它为良导体。即有：电导率0 很大，且 。这里是介电常数，是作用于金属上的外界电磁场的角频率。上式表明，金属是否为良导体，不仅与它的大小有关，还与外场的频率有关。1光波在金属表面的反射和透射v 一般金属导体/数量级为1017s，只要电磁场的频率 1017HZ(19nm)一般金属导体可看作良导体。v在 1017HZ的电磁波作用下，金属内部的自由电子只分布于金属表面。金属内部电荷体密度=0,并且自由电子在表层形成表层电流（j=E)。所以金属是不透明的。v此电流的存在,将使入射波产生强烈的反射，并使透入金属内部的波迅速地耗散为电流的焦耳热。金属中的波动方程v由于在金属内部：=0，v麦克斯韦方程变为：EjtDEHtBEBE00v由此，得到波动方程为：0222tEtEE2QI RIUIE lJ SE lJE S l QJES l J E 耗散（耗散（Dissipation）功率密度）功率密度dwJ E 平均耗散功率密度平均耗散功率密度HiEE*20111ReRe222JEEEE复介电常数的引入0222tEtEE)exp()(),(1tirEtrE22tEitE222)(tEiE时空分离波动方程222tEE0ri 金属电介质定义i()rrrcciv 引入复相位速度 和复折射率n/rrcnc vk 折射率和速度色散引入复传播常数k一般又可表示为:n 1nni,n式中 是金属的折射率,等价于电介质的折射率,决定光波在金属中的传播速度;是衰减系数,决定光波在金属中传播时振幅的衰减(或吸收)特性.)1(iknnkk金属中的波函数exp()exp()exp()EAi kxtAkn xi knxt振幅指数衰减沿x方向行进的平面波012xn 把波振幅降至原值的把波振幅降至原值的 1/e 1/e 时传播的距离称为时传播的距离称为穿透深度穿透深度，以以 表示，即表示，即 穿透深度穿透深度对于金属良导体00022222xc 02rn 0 x穿透深度为穿透深度为:对于高频电磁波，电磁场以及和它相互作用的高频电流对于高频电磁波，电磁场以及和它相互作用的高频电流仅集中于表面很薄一层内，这种现象称为仅集中于表面很薄一层内，这种现象称为趋肤效应趋肤效应。人们在。人们在轮船舱内或火车厢里用收音机不易收到电台的原因就在此。轮船舱内或火车厢里用收音机不易收到电台的原因就在此。趋肤效应趋肤效应7611 5106.2 11 0/,1.2 61 0,3.4 21 0,5 5 0,2.7 3.mHmsn mxn m 当时算 得对于银来说：可见,光波只能透入金属表面很薄的表层.光波的穿透深度趋肤效应趋肤效应趋肤效应二,金属表面的反射nn1)cnninniv（菲涅耳方程电介质金属适用于相同形式的波动方程！)1(iknnkk用复折射率 代替实折射率n,折射角变成复数形式,即n 211sinsinn反射系数2222221(1)121(1)12nnnrnnn 12121212s in()s in()()()spissipprretgrretg 12sin1sinn复数非折射角！22221221(cos)(cos)ssnnrnn2222122211()cos1()cosppnnrnn改写后的菲涅耳公式其反射比表示式为:正入射时有:10当时0,得到与电介质时相同的表示式;.当 很大时,很大,很大所以光洁的金属表面几乎可以把光全部反射.金属反射曲线的特点 与电介质的反射率曲线相比较有几个特点：v（1）v（2）有一极小值,但 的极小值不等于零。所以金属表面反射时不会产生全偏振现象。v（3）相位变化：由于 是复数,也是复数,这表示反射光相对于入射光,s波和p波都发生了相位变化。随着1的不同，相位变化值介于0与之间。并且s波和p 波的相位变化一般不同。v（4）频率依赖：金属对低频光有较高的反射率。01sp901时pp2psrr和
展开阅读全文