Большая Советская энциклопедия

    раздел оптики (См. Оптика), в котором изучается взаимодействие металлов с электромагнитными волнами. Основные оптические особенности металлов: большой коэффициент отражения R (например, у щелочных металлов R Металлооптика 99%) в широком диапазоне длин волн и большой коэффициент поглощения (электромагнитная волна внутри металла затухает, пройдя слой толщиной δ Металлооптика 0,1÷1․10-5 см,см. Скин-эффект).Эти особенности связаны с высокой концентрацией в металле электронов проводимости (См. Электрон проводимости) (см. Металлы).

    Взаимодействуя с электромагнитной волной, падающей на поверхность металла. электроны проводимости одновременно взаимодействуют с колеблющимися ионами решётки. Основная часть энергии, приобретённой ими от электромагнитного поля, излучается в виде вторичных волн, которые, складываясь, создают отражённую волну. Часть энергии, передаваемая решётке, приводит к затуханию волны внутри металла. Электроны проводимости могут поглощать сколь угодно малые кванты электромагнитной энергии ћω (ћ — Планка постоянная, ω — частота излучения). Поэтому они дают вклад в оптические свойства металла при всех частотах. Особенно велик их вклад в радиочастотной и инфракрасной областях спектра. По мере увеличения ω вклад электронов проводимости в оптические свойства металлов уменьшается, уменьшается и различие между металлами и диэлектриками (См. Диэлектрики).

    Остальные валентные электроны влияют на оптические свойства металла только когда они участвуют во внутреннем Фотоэффекте, что происходит при ћω ≥ ΔE (ΔE — энергетическая щель между основным и возбуждённым состояниями электронов). Возбуждение электронов приводит к аномальной дисперсии волн и к полосе поглощения с максимумом вблизи частоты резонансного поглощения. Благодаря сильному электрон-электронному и электрон-ионному взаимодействию полосы поглощения в металле значительно шире, чем в диэлектрике. Обычно у металлов наблюдается несколько полос, расположенных главным образом в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра. Однако для ряда поливалентных металлов наблюдаются полосы и в инфракрасной области спектра. При частотах ω ≥ ωп, где ωп — плазменная частота валентных электронов, в металле возбуждаются плазменные колебания электронов. Они приводят к появлению области прозрачности при ω ωп.

    В ультрафиолетовой области коэффициент отражения R падает и металлы по своим свойствам приближаются к диэлектрикам. При ещё больших частотах (рентгеновская область) оптические свойства определяются электронами внутренних оболочек атомов и металлы по оптическим свойствам не отличаются от диэлектриков.

    Оптические свойства металлов описываются комплексной диэлектрической проницаемостью (См. Диэлектрическая проницаемость):

    где ε' — вещественная диэлектрическая проницаемость, σ — проводимость металла, или комплексным показателем преломления:

    (κ — показатель поглощения). Комплексность показателя преломления выражает экспоненциальное затухание волны внутри металла. При падении плоской волны на поверхность металла под углом φ ≠ 0 волна внутри металла будет неоднородной. Плоскость равных амплитуд параллельна поверхности металла, плоскость равных фаз наклонена к ней под углом, величина которого зависит от φ. Волны, отражённые от поверхности металла, поляризованные в плоскости падения и перпендикулярно к ней, имеют разность фаз. Благодаря этому плоскополяризованный свет после отражения становится эллиптически-поляризованным. Коэффициент отражения R волн, поляризованных в плоскости падения, у металлов, в отличие от диэлектриков, всегда ≠ 0, и лишь имеет минимум при определённом φ.

    Для чистых металлов при низкой температуре в длинноволновой области спектра длина свободного пробега электронов l становится > δ. При этом затухание волны перестаёт быть экспоненциальным, хотя и остаётся очень сильным (аномальный скин-эффект). В этом случае комплексный показатель преломления теряет смысл и связь между падающей и преломленной волной становится более сложной. Однако свойства отражённого света при любом соотношении между l и δ полностью определяются поверхностным импедансом Z, с которым связывают эффективные комплексные показатели поглощения и преломления:

    nэфiκэф = 4π/(cZ).

    При l n и κ в формулах заменяются на nэф и κэф.

    Для измерения n и κ массивного металлического образца исследуют свет, отражённый от его поверхности, либо поляризационными методами (измеряются характеристики эллиптической поляризации отражённого света), либо методами, основанными на измерении R (в широком спектральном диапазоне) при нормальном падении его на поверхность металла. Эти методы позволяют измерить оптические характеристики в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях с ошибкой Металлооптика0,5—2%. Для измерения тонкой структуры полос поглощения используются методы, основанные на модуляции свойств металла, приводящей к модуляции интенсивности отражённого света, которая и измеряется (термоотражение, пьезоотражение и т.п.). Указанные методы позволяют с большой точностью определить изменения R при изменении температуры, при деформации и т.п. (см. табл.), а также исследовать тонкую структуру полос поглощения. Особое внимание уделяется приготовлению поверхности исследуемых образцов. Поверхности нужного качества получаются электрополировкой или испарением металла в вакууме с последующим осаждением его на полированные подложки.

    Оптические характеристики некоторых металлов

    --------------------------------------------------------------------------------------

    |    | λ = 0,5 мкм          | λ = 5,0 мкм         |

    |    |------------------------------------------------------------------------|

    |    n       | κ       | %       | n      | κ.  | %    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Na*     | 0,05   | 2,61  | 99,8       | —     | —        -—      |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Cu      | 1,06   | 2,70  | 63,2       | 3,1    | 32,8     | 98,9    |

    | Ag      | 0,11   | 2,94  | 95,5       | 2,4    | 34,0     | 99,2    |

    | Au      | 0,50   | 2,04  | 68,8       | 3,3    | 35,2     | 98,95  |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Zn       | —      | —     | —   | 3,8    | 26,2     | 97,9    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Al       | 0,50   | 4,59  | 91,4       | 6,7    | 37,6     | 98,2    |

    | In        | —      | —     | —   | 9,8    | 32,2     | 96,6    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Sn      | 0,78   | 3,58  | 80,5       | 8,5    | 28,5     | 96,2    |

    | Pb      | 1,70   | 3,30  | 62,6       | 9,0    | 24,8     | 95,0    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Ti | 2,10   | 2,82  | 52,2       | 3,4    | 9,4       | 87,4    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Nb      | 2,13   | 3,07  | 56,0       | 8,0    | 27,7     | 96,2    |

    | V        | 2,65   | 3,33  | 56,6       | 6,6    | 17,5     | 92,7    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Mo      | 3,15   | 3,73  | 59,5       | 4,25  | 23,9     | 97,2    |

    | W       | 3,31   | 2,96  | 51,6       | 3,48  | 21,2     | 97,0    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Fe       | 1,46   | 3,17  | 63,7       | 4,2    | 12,5     | 90,8    |

    | Co      | 1,56   | 3,43  | 65,9       | 4,3    | 14,6     | 92,9    |

    | Ni       | 1,54   | 3,10  | 61,6       | 4,95  | 18,5     | 94,8    |

    |------------------------------------------------------------------------------------|

    | Pt       | 1,76   | 3,59  | 65,7       | 7,6    | 20,2     | 93,7    |

    --------------------------------------------------------------------------------------

    * Оптические характеристики относятся к λ = 0,5893 мкм.

    М. позволяет по оптическим характеристикам, измеренным в широком спектральном диапазоне, определить основные характеристики электронов проводимости и электронов, участвующих во внутреннем фотоэффекте. М. имеет также и прикладное значение. Металлические зеркала (См. Зеркало) применяются в различных приборах, при конструировании которых необходимо знание R, n и κ в различных областях спектра. Измерение n и κ позволяет также установить наличие на поверхности металла тонких плёнок (например, плёнки окиси) и определить их оптические характеристики.

    Лит.: Соколов А. В., Оптические свойства металлов, М., 1961; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., М., 1970; Гинзбург В. Л., Мотулевич Г. П., Оптические свойства металлов, «Успехи физических наук», 1955, т. 55, в. 4, с. 489; Мотулевич Г. П., Оптические свойства поливалентных непереходных металлов, там же, 1969, т. 97, в. 2, с. 211; Кринчик Г. С., Динамические эффекты электро- и пьезоотражения света кристаллами, там же, 1968, т. 94, в. 1, с. 143; Головашкин А. И., Металлооптика, в кн.: Физический энциклопедический словарь, т. 3, М., 1963.

    Г. П. Мотулевич

  1. Источник: Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.



  2. Большой энциклопедический словарь

    МЕТАЛЛООПТИКА - раздел оптики, в котором изучается взаимодействие металлов с электромагнитными волнами в широкой области длин волн, включающей оптический диапазон.

  3. Источник: Большой Энциклопедический словарь. 2000.



  4. Физическая энциклопедия

    МЕТАЛЛООПТИКА

    раздел физики, в к-ром изучается вз-ствие металлов с эл.-магн. волнами оптич. диапазона (электродинамич. св-ва металлов). Для металлов характерны: большие коэфф. отражения волн R в широком диапазоне длин волн l, что связано с высокой концентрацией в металле эл-нов проводимости. Взаимодействуя с эл.-магн. волной, падающей на поверхность металла, эл-ны проводимости создают переменные токи, в результате чего большая часть энергии, приобретённой ими от эл.-магн. поля, излучается в виде вторичных волн, к-рые, складываясь, создают отражённую волну. Часть энергии, поглощённая эл-нами, передаётся ионам решётки благодаря вз-ствию их с эл-нами. Токи проводимости экранируют внешнее эл.-магн. поле и приводят к затуханию волны внутри металла (см. СКИН-ЭФФЕКТ).

    Эл-ны проводимости могут поглощать сколь угодно малые кванты ћw эл.-магн. энергии (w — частота излучения). Поэтому они вносят вклад в оптич. св-ва металла, к-рый особенно велик в радиочастотной и ИК областях спектра.

    Оптич. св-ва металла связаны с его комплексной диэлектрической проницаемостью

    e(w)=e'(w)-i(4p/w)s(w) (e'— диэлектрич. проницаемость за вычетом вклада эл-нов проводимости, s — электропроводность металла) или показателем преломления n=n'-ic=?e (c — показатель поглощения). Комплексность n отражает экспоненциальное затухание волны внутри металла. В ИК и оптич. области частот в первом приближении e(w)=e(w)-(wп/w)2, где wп — плазменная частота эл-нов.

    ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ

    МЕТАЛЛООПТИКА

    * Соответствует l=0,5893 мкм.

    При частотах w?wп в металле возбуждаются п л а з м е н н ы е к о л е б а н и я эл-нов. Они приводят к появлению области прозрачности при w»wп.

    В УФ диапазоне R падает, и металлы по своим оптич. св-вам приближаются к диэлектрикам; при ещё больших частотах (рентг. область) оптич. св-ва определяются эл-нами внутр. оболочек атомов, и металлы не отличаются от диэлектриков. Как и в диэлектриках, в металлах наблюдаются полосы поглощения, связанные с резонансным возбуждением переходов между разными энергетич. зонами эл-нов. Эти резонансы приводят к особенностям в e'(w). Благодаря сильному вз-ствию эл-нов полосы поглощения в металле значительно шире, чем в диэлектрике. Обычно у металлов наблюдается неск. полос, расположенных гл. обр. в видимой и ближней УФ, реже в ИК областях спектра.

    Волны, отражённые от поверхности металла, поляризованные в плоскости падения и перпендикулярно к ней, имеют разность фаз. Поэтому плоско поляризованный свет после отражения становится эллиптически поляризованным. В отличие от диэлектриков для волн, поляризованных в плоскости падения, всегда R?0.

  5. Источник: Физическая энциклопедия



  6. Энциклопедический словарь

    металлоо́птика

    раздел оптики, в котором изучается взаимодействие металлов с электромагнитными волнами в широкой области длин волн, включающей оптический диапазон.

    * * *

    МЕТАЛЛООПТИКА

    МЕТАЛЛОО́ПТИКА, раздел оптики, в котором изучается взаимодействие металлов с электромагнитными волнами в широкой области длин волн, включающей оптический диапазон.

  7. Источник: Энциклопедический словарь



  8. Большой энциклопедический политехнический словарь

    раздел оптики, в к-ром изучаются оптич. св-ва металлов. Вследствие большой концентрации носителей тока (электронов проводимости) металлы обладают не только высокой электрич. проводимостью, но также и нек-рыми особыми оптич. св-вами. В широком интервале частот электромагнитных волн (от радиоволн до видимого света) металлы отличаются большой отражат. способностью (металлич. блеск) и сильным поглощением (даже очень тонкие металлич. плёнки практически непрозрачны). В интервале частот УФ и особенно рентгеновского излучений металлы по своим оптич. св-вам не отличаются от диэлектриков.

  9. Источник: Большой энциклопедический политехнический словарь



  10. Русско-английский политехнический словарь

    металлоо́птика ж.

    metal optics

    * * *

    metal optics

  11. Источник: Русско-английский политехнический словарь



  12. Dictionnaire technique russo-italien

    ж.

    metalloottica f

  13. Источник: Dictionnaire technique russo-italien



  14. Естествознание. Энциклопедический словарь

    раздел оптики, в к-ром изучается взаимодействие металлов с эл.-магн. волнами в широкой области длин волн, включающей оптич. диапазон.

  15. Источник: Естествознание. Энциклопедический словарь



  16. Орфографический словарь-справочник

  17. Источник:



  18. Большой Энциклопедический словарь

  19. Источник: