《物理光学第一章第三节光在金属表面的反射和折射邓冬梅ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理光学第一章第三节光在金属表面的反射和折射邓冬梅ppt课件（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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。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
2、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：v由此，得到波动方程为： （关于耗散功率密度）（关于耗散功率密度）（关于耗散功率密度）（关于耗散功率密度） 考虑最简单情形：长度为考虑最简单情形：长度为考虑最简单情形：长度为考虑最简单情形：长度为D D D Dl l，横截面横截面横截面横截面为为为为D D D DS S S S 的一段导体，电阻为的一段导体，电阻为的一段导体，电阻为的一段导体，电阻为R R R R，内部电场内部电场内部电场内部电场为为为为E E E E，电流为电流为电流为电流为I I I I，两端电压为两端电压为两端电压为两端电压
3、为U U U U，电流密电流密电流密电流密度为度为度为度为J J J J，则单位时间的焦耳热损耗则单位时间的焦耳热损耗则单位时间的焦耳热损耗则单位时间的焦耳热损耗 单位体积单位时间的焦耳热损耗为单位体积单位时间的焦耳热损耗为 当当J J 和和E E 方向不一致时，应改写为方向不一致时，应改写为 ，它适用于一般情形。，它适用于一般情形。 耗散（耗散（Dissipation）功率密度）功率密度 在在 中，第一项是位移电流，第二项是传导中，第一项是位移电流，第二项是传导电流。传导电流引起的焦耳热损耗，其电流。传导电流引起的焦耳热损耗，其平均耗散功率密度平均耗散功率密度 位移电流与电场存在位移电流与电
4、场存在位移电流与电场存在位移电流与电场存在 p/2 p/2 p/2 p/2 相差，在一个周期内不消耗功率。相差，在一个周期内不消耗功率。相差，在一个周期内不消耗功率。相差，在一个周期内不消耗功率。 复介电常数的引入时空分离波动方程金属电介质定义 对复电容率对复电容率对复电容率对复电容率 ，实部对应位移电流的贡献，不引起，实部对应位移电流的贡献，不引起，实部对应位移电流的贡献，不引起，实部对应位移电流的贡献，不引起电磁波功率耗散；虚部是传导电流的贡献，引起能量耗散。电磁波功率耗散；虚部是传导电流的贡献，引起能量耗散。电磁波功率耗散；虚部是传导电流的贡献，引起能量耗散。电磁波功率耗散；虚部是传导电
5、流的贡献，引起能量耗散。 引入复相位速度 和复折射率折射率和速度色散引入复传播常数一般又可表示为:金属中的波函数振幅指数衰减沿x方向行进的平面波 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
6、收音机不易收到电台的原因就在此。趋肤效应趋肤效应对于银来说：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对高频电磁波，电场对高频电磁波，电场对高频电磁波，电场对高频电磁波，电场、磁场和电流均存在磁场和电流均存在磁场和电流均存在磁场和电流均存在趋肤效应趋肤效应。 二,金属表面的反射菲涅耳方程电介质金属适用于相同形式的波动方程！用复折射率 代替实折射率n,折射角变成复数形式,即反射系数复数非折射角！改写后的菲涅耳公式其反射比表示式为:正入射时有: w w w w 越小（越小（越小（越小（l l l l 越大），越大），越大），越大），R R 越接近越接近越接近越接近1 1。 微波或
7、无线电波的频率很小，一般金属均可近似看作理微波或无线电波的频率很小，一般金属均可近似看作理微波或无线电波的频率很小，一般金属均可近似看作理微波或无线电波的频率很小，一般金属均可近似看作理想想想想 导体（导体（导体（导体（ ），电磁波近似全部反射（如微波炉）。），电磁波近似全部反射（如微波炉）。），电磁波近似全部反射（如微波炉）。），电磁波近似全部反射（如微波炉）。 进入导体的电磁波诱导传导电流，传导电流激发的进入导体的电磁波诱导传导电流，传导电流激发的进入导体的电磁波诱导传导电流，传导电流激发的进入导体的电磁波诱导传导电流，传导电流激发的电磁场将减弱原电磁场（否则不稳定），使导体内电磁场迅速电
8、磁场将减弱原电磁场（否则不稳定），使导体内电磁场迅速电磁场将减弱原电磁场（否则不稳定），使导体内电磁场迅速电磁场将减弱原电磁场（否则不稳定），使导体内电磁场迅速衰减，电磁波只能透入导体表面薄层。薄层厚度与衰减，电磁波只能透入导体表面薄层。薄层厚度与衰减，电磁波只能透入导体表面薄层。薄层厚度与衰减，电磁波只能透入导体表面薄层。薄层厚度与w w w w 和和和和s s s s 有关。有关。有关。有关。w w w w 或或或或s s s s 越大，厚度越小。导体内诱导的传导电流激发电磁场形越大，厚度越小。导体内诱导的传导电流激发电磁场形越大，厚度越小。导体内诱导的传导电流激发电磁场形越大，厚度越小。
9、导体内诱导的传导电流激发电磁场形成反射电磁波。反射波强度接近入射波，对于良导体，入射波成反射电磁波。反射波强度接近入射波，对于良导体，入射波成反射电磁波。反射波强度接近入射波，对于良导体，入射波成反射电磁波。反射波强度接近入射波，对于良导体，入射波能量几乎全部反射。同时，实际导体有焦耳热损耗，电磁波能能量几乎全部反射。同时，实际导体有焦耳热损耗，电磁波能能量几乎全部反射。同时，实际导体有焦耳热损耗，电磁波能能量几乎全部反射。同时，实际导体有焦耳热损耗，电磁波能量部分耗散，一般情况，良导体吸收很少部分电磁波能量。量部分耗散，一般情况，良导体吸收很少部分电磁波能量。量部分耗散，一般情况，良导体吸收很少部分电磁波能量。量部分耗散，一般情况，良导体吸收很少部分电磁波能量。 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。
