Введение в спектроскопию диэлектриков. Часть I. Васильев А.Н - 19 стр.

UptoLike

ðåíòãåíîâñêàÿ îáëàñòü), íàáëþäàþòñÿ íîâûå ñêà÷êè êîýôôè
-
öèåíòà ïîãëîùåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ âîçáóæäåíèåì èç âíóòðåí
-
íèõ àòîìíûõ îáîëî÷åê.
Ñïåêòð íà ðèñ. 1 õàðàêòåðèçóåò äèýëåêòðèêè ñ øèðîêîé
îáëàñòüþ ïðîçðà÷íîñòè.  ïîëóïðîâîäíèêàõ îáëàñòü ïðîçðà÷
-
íîñòè íàìíîãî óæå, à â èíôðàêðàñíîé îáëàñòè íàáëþäàåòñÿ
ïîãëîùåíèå ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿìè çàðÿäà. Â ìåòàëëàõ ýòî
ïîãëîùåíèå äîìèíèðóåò â íèçêîýíåðãåòè÷íîé îáëàñòè, â ðå
-
çóëüòàòå ÷åãî îáëàñòè ïðîçðà÷íîñòè íåò âîîáùå. Ðàçíèöà ìåæ
-
äó ìåòàëëàìè è äèýëåêòðèêàìè â îáëàñòÿõ III è IV âûðàæåíà
ñóùåñòâåííî ñëàáåå.
Îïèñàííàÿ êëàññèôèêàöèÿ ðàçëè÷íûõ îáëàñòåé âñåãî
ñïåêòðà ìîæåò áûòü ïðîâåäåíà è ïðè àíàëèçå äðóãèõ îïòè÷åñ
-
êèõ ôóíêöèé. Â êàæäîé îáëàñòè ñïåêòðà íàèáîëåå ÿðêî ïðî
-
ÿâëÿþòñÿ âîçáóæäåííûå ñîñòîÿíèÿ êðèñòàëëà îïðåäåëåííîãî
òèïà. Îäíàêî çà÷àñòóþ âçàèìîäåéñòâèå âîçáóæäåíèé äðóã ñ
äðóãîì ÿâëÿþòñÿ ñèëüíûì, è òîëüêî äîïîëíèòåëüíàÿ èíôîð-
ìàöèÿ èç äðóãèõ îáëàñòåé ñïåêòðà ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü âñå
ñâîéñòâà âîçáóæäåíèé.
Èññëåäîâàíèå äèýëåêòðè÷åñêèõ êîíñòàíò
a
,
e
2
è ïðî÷.
äàåò íàèáîëåå íåïîñðåäñòâåííóþ èíôîðìàöèþ î âíóòðåííèõ
ïðîöåññàõ â òâåðäûõ òåëàõ, ñâÿçàííûõ ñ âçàèìîäåéñòâèåì ñî
ñâåòîì. Îäíàêî èõ ïðÿìîå èçìåðåíèå çà÷àñòóþ çàòðóäíåíî.
Íàïðèìåð, äëÿ èçìåðåíèÿ
a
â îáëàñòè ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîã-
ëîùåíèÿ òðåáóþòñÿ î÷åíü òîíêèå ïëåíêè (òîëùèíîé
10
5-
-
10
4-
ñì). Ïî ýòîé ïðè÷èíå â ñïåêòðîñêîïèè øèðîêî ïðèìåíÿ-
þòñÿ íåïðÿìûå ìåòîäû èçìåðåíèÿ äèýëåêòðè÷åñêèõ êîíñòàíò.
 ÷àñòíîñòè, âìåñòî èçìåðåíèÿ
a
÷àñòî ïðîèçâîäèòñÿ èçìåðå
-
íèå êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ
R
, êîòîðîå èìååò è ñàìîñòîÿ
-
òåëüíîå çíà÷åíèå.
1.2 Îòðàæåíèå ñâåòà îò òâåðäûõ òåë
Äëÿ òîãî ÷òîáû ïîëó÷èòü ñâÿçü êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ
ñ êîýôôèöèåíòàìè ïðåëîìëåíèÿ
n
è ýêñòèíêöèè
k
, ðàññìàòðè
-
âàåòñÿ èäåàëèçèðîâàííàÿ çàäà÷à îòðàæåíèÿ ñâåòà, ïàäàþùåãî
èç âàêóóìà íà ïîëóáåñêîíå÷íóþ îäíîðîäíóþ ñðåäó ïîä óãëîì
q
ìåæäó íîðìàëüþ ê ïîâåðõíîñòè è íàïðàâëåíèåì ðàñïðîñòðà
-
íåíèÿ ñâåòà (ðèñ. 2). Ïðè ýòîì äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà
îòðàæåíèÿ ïàäàþùåé âîëíû èñïîëüçóþò íåïðåðûâíîñòü òàí
-
ãåíöèàëüíûõ ê ïîâåðõíîñòè êîìïîíåíò ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ
âîëíû è ñêà÷îê íîðìàëüíûõ êîìïîíåíò ñ ó÷åòîì êîìïëåêñíî
-
ãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ
~
n
. Ïîëó÷àåìûå ôîðìóëû íîñÿò
18
ðåíòãåíîâñêàÿ îáëàñòü), íàáëþäàþòñÿ íîâûå ñêà÷êè êîýôôè-
öèåíòà ïîãëîùåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ âîçáóæäåíèåì èç âíóòðåí-
íèõ àòîìíûõ îáîëî÷åê.
     Ñïåêòð íà ðèñ. 1 õàðàêòåðèçóåò äèýëåêòðèêè ñ øèðîêîé
îáëàñòüþ ïðîçðà÷íîñòè.  ïîëóïðîâîäíèêàõ îáëàñòü ïðîçðà÷-
íîñòè íàìíîãî óæå, à â èíôðàêðàñíîé îáëàñòè íàáëþäàåòñÿ
ïîãëîùåíèå ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿìè çàðÿäà. Â ìåòàëëàõ ýòî
ïîãëîùåíèå äîìèíèðóåò â íèçêîýíåðãåòè÷íîé îáëàñòè, â ðå-
çóëüòàòå ÷åãî îáëàñòè ïðîçðà÷íîñòè íåò âîîáùå. Ðàçíèöà ìåæ-
äó ìåòàëëàìè è äèýëåêòðèêàìè â îáëàñòÿõ III è IV âûðàæåíà
ñóùåñòâåííî ñëàáåå.
     Îïèñàííàÿ êëàññèôèêàöèÿ ðàçëè÷íûõ îáëàñòåé âñåãî
ñïåêòðà ìîæåò áûòü ïðîâåäåíà è ïðè àíàëèçå äðóãèõ îïòè÷åñ-
êèõ ôóíêöèé. Â êàæäîé îáëàñòè ñïåêòðà íàèáîëåå ÿðêî ïðî-
ÿâëÿþòñÿ âîçáóæäåííûå ñîñòîÿíèÿ êðèñòàëëà îïðåäåëåííîãî
òèïà. Îäíàêî çà÷àñòóþ âçàèìîäåéñòâèå âîçáóæäåíèé äðóã ñ
äðóãîì ÿâëÿþòñÿ ñèëüíûì, è òîëüêî äîïîëíèòåëüíàÿ èíôîð-
ìàöèÿ èç äðóãèõ îáëàñòåé ñïåêòðà ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü âñå
ñâîéñòâà âîçáóæäåíèé.
     Èññëåäîâàíèå äèýëåêòðè÷åñêèõ êîíñòàíò a, e2 è ïðî÷.
äàåò íàèáîëåå íåïîñðåäñòâåííóþ èíôîðìàöèþ î âíóòðåííèõ
ïðîöåññàõ â òâåðäûõ òåëàõ, ñâÿçàííûõ ñ âçàèìîäåéñòâèåì ñî
ñâåòîì. Îäíàêî èõ ïðÿìîå èçìåðåíèå çà÷àñòóþ çàòðóäíåíî.
Íàïðèìåð, äëÿ èçìåðåíèÿ a â îáëàñòè ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîã-
ëîùåíèÿ òðåáóþòñÿ î÷åíü òîíêèå ïëåíêè (òîëùèíîé 10 -5 -
10 -4 ñì). Ïî ýòîé ïðè÷èíå â ñïåêòðîñêîïèè øèðîêî ïðèìåíÿ-
þòñÿ íåïðÿìûå ìåòîäû èçìåðåíèÿ äèýëåêòðè÷åñêèõ êîíñòàíò.
 ÷àñòíîñòè, âìåñòî èçìåðåíèÿ a ÷àñòî ïðîèçâîäèòñÿ èçìåðå-
íèå êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ R, êîòîðîå èìååò è ñàìîñòîÿ-
òåëüíîå çíà÷åíèå.

1.2    Îòðàæåíèå ñâåòà îò òâåðäûõ òåë
    Äëÿ òîãî ÷òîáû ïîëó÷èòü ñâÿçü êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ
ñ êîýôôèöèåíòàìè ïðåëîìëåíèÿ n è ýêñòèíêöèè k, ðàññìàòðè-
âàåòñÿ èäåàëèçèðîâàííàÿ çàäà÷à îòðàæåíèÿ ñâåòà, ïàäàþùåãî
èç âàêóóìà íà ïîëóáåñêîíå÷íóþ îäíîðîäíóþ ñðåäó ïîä óãëîì
q ìåæäó íîðìàëüþ ê ïîâåðõíîñòè è íàïðàâëåíèåì ðàñïðîñòðà-
íåíèÿ ñâåòà (ðèñ. 2). Ïðè ýòîì äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà
îòðàæåíèÿ ïàäàþùåé âîëíû èñïîëüçóþò íåïðåðûâíîñòü òàí-
ãåíöèàëüíûõ ê ïîâåðõíîñòè êîìïîíåíò ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ
âîëíû è ñêà÷îê íîðìàëüíûõ êîìïîíåíò ñ ó÷åòîì êîìïëåêñíî-
ãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ n. ~ Ïîëó÷àåìûå ôîðìóëû íîñÿò
                            18