Оптические свойства материалов. Температурная зависимость поглощательной способности металла. Окраска кристаллов, страница 3

Все металлы являются оптически непрозрачными, поэтому их  оптические свойства определяются отражательной и поглощательной способностью. Показатели поглощения металлов располагается на восходящем участке частотной зависимости (участок ВС, рис. 10.1), т.е. с повышением частоты (или уменьшением длины волны) света поглощательная способность металла увеличивается. В видимой области спектра показатель поглощения металлов достигает величины порядка единицы. Следовательно, интенсивность света резко убывает по глубине. Так,  для золота при нормальном падении электромагнитной волны на поверхность интенсивность света на глубине равной  длине волны убывает на 2^.10¹⁵ раз. Пленки на поверхности металлов  толщиной порядка длины волны, как правило, уже практически не прозрачны для света.

Комплексная относительная диэлектрическая проницаемость металла представляется в виде

                                                                               (10.16)

где  ε – вещественная относительная диэлектрическая проницаемость; ε₀ – электрическая постоянная; γ – удельная электропроводность; ω – частота света; .

Оптические свойства металла характеризуются комплексным показателем преломления

                                                                         (10.17)

где

                                                                                           (10.18)

и                                                                                             (10.19)

Действительные величины n и ξ  являются оптическими характеристиками металла. Они зависят о природы металла и частоты падающего света. Мнимая часть комплексных показателей преломления характеризует поглощение света в металле, происходящие в соответствии с законом Бугера-Ламберта. Она связана с линейным коэффициентом поглощения соотношением

                                                                    (10.20)

где  с – скорость света в вакууме;  λ₀ – длина волны света в вакууме.

Коэффициент отражения связан с оптическими характеристиками материала следующим соотношением, известным как формула Френеля

                                                                                  (10.21)

Таблица 10.1

Оптические постоянные некоторых металлов при λ = 600 нм

В таблице 10.1 приведены оптические постоянные для ряда металлов при длине волны 600 нм.

Отражение и поглощение электромагнитной волны формируется не на границе раздела, а в веществе. При этом для непрозрачных твердых тел доля падающего монохроматического излучения, поглощенного телом, определяется его поглощательной способностью

                                                                       (10.22)

Отражательная и поглощательная способность металла существенно зависит от структуры материала, наличия примесей и дефектов кристаллического строения. Учитывая, что оптические свойства металла определяются его электрическими свойствами (удельной электропроводностью и диэлектрической проницаемостью), то влияние структурных факторов необходимо рассматривать по их роли в формировании электрических свойств. С повышением степени чистоты металла его поглощательная способность увеличивается.

10.3.  Температурная зависимость поглощательной способности металла.

С повышением температуры частота электронной релаксации увеличивается. Показатель преломления меняется по более сложной зависимости. Вначале он возрастает до максимальной величины, а затем незначительно снижается. Показатель поглощения с повышением температуры снижается. В результате с повышением температуры имеет место общая закономерность, заключающаяся в том, что отражательная способность металла уменьшается, а поглощательная растет. Тем не менее, необходимо отметить, что в отдельных случаях, когда существенным становится межзонного поглощение, могут возникать ситуации независимости поглощения от температуры или даже падения.