Tán sắc ánh sáng trên bề mặt nhám không có thiết bị ATR

MỤC LỤC
1
CHƯƠNG
5
TÁN SẮC ÁNH SÁNG TRÊN BỀ MẶT NHÁM KHÔNG CÓ
THIẾT BỊ ATR
Trong phần tiếp theo, kết quả thực nghiệm về việc cho ánh sáng tiếp xúc trực tiếp với bề mặt
nhám được thể hiện trong hình 5.1, ánh sáng bị tán xạ theo mọi hướng với góc θ bất kì. Để đo
được thông số độ nhám, có 2 phương pháp được đề ra:
1. Đo sự phân bố góc của ánh sáng tán xạ trong nón ánh sáng (k
x
< ω/c ). Cường độ ánh
sáng được đo là ánh sáng phản xạ khỏi mặt nhám. Nó thường được biết đến như sự khếch tán
ánh sáng tạo bởi mặt nhám như trong hình 2.4 như mọi quá trình tán xạ bắt đầu tại điểm 1 với
k
x
, vector sóng của tia tới, và kết thúc tại mọi điểm bên trong nón ánh sáng, di chuyển đoạn
Δk
x
. Surface plasmon bắt đầu có liên quan khi độ nhám tăng và do đó Δk
x
cũng lớn hơn.Quá
trình này được chứng minh từ 1 – 4 (ghép nối cách tử). Sự kích thích có thể nhìn thấy trong sự
phân bố góc tán xạ
2. Đo sự suy giảm cường độ của tia phản xạ ΔR dựa trên sự mất mát năng lượng tán xạ
và kích thích SPs bằng bộ ghép nối cách tử. Sự suy giảm này khó có thể nhận biết ở bề mặt ít
nhám, do đó để thu được ΔR đủ để tính toán ta cần có bề mặt nhám đủ lớn. Như sau:
Phương pháp đầu tiên tính (1/I
0
)dI/dΩ, phương pháp thứ 2 tích hợp tất cả các góc θ làm
một để tính

2
Hình 5.1: Ánh sáng tán xạ trên bề mặt nhám, ngoài tia phản xạ R
0
, các tia tán xạ tự do đều
được quan sát
5.1. Phân bố góc ánh sáng tán xạ trên bề mặt nhám
Hiện tượng tán xạ ánh sáng tự do trên bề mặt nhám đã được biết đến khá rõ. Từ khi SPs không
còn liên quan trực tiếp, tức là không còn sự can thiệp tăng cường cộng hưởng, phân cực p hay s
đều đã được nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở hình 5.1, tuy nhiên, không có R
0
nhưng ánh sáng tán xạ theo góc dΩ. Đây là góc được xét đặc biệt.
Xem xét lí thuyết
Hiệu ứng này đã được tính toán đầu tiên cho sóng radio thông quá sóng biển [5.1]. Kết
quả thu được có mối quan hệ tương đương khi thử nghiệm với bước sóng khác nhau δλ và δσ
[5.2 – 5]. Các tia sáng tán xạ theo góc khối dΩ. Trong mặt phẳng có ϕ = 0, kết quả thu được
như sau:
=
2
(5.1)
Nó không được tăng cường bởi SPs, tuy nhiên, không thể nói chung việc giảm cường độ
mạnh mẽ mà không có yếu tố ||
2
, từ khi hàm tính góc (5.2,3) và |W(θ)|
2
(3.1) phụ thuộc vào cấu
hình thử nghiệm. Hơn nữa người ta phải xem xét rằng
2
có thể khác trừ được giữ giống nhau
trong cả 2 cấu hình. Các thông số i, k chỉ ra sự phân cực của p và s
Một kết quả của W

ii
tại ϕ=0
o
với số phức ε(ω) và mặt phẳng nhám giả định:
W
pp
=
(5.2)
W
ss
=
(5.3)
3
Hay tóm lại là, với mỗi ϕ thì góc giữa mặt phẳng góc tới với mặt phẳng quan sát, thay
cho là :
|W
pp
|
2
cos
2
ϕ + |W
ss
|
2
sin
2
ϕ (5.1a)
Hình 5.2 là đồ thị của W
ii

, phân cực p mạnh hơn phân cực s (W
pp
=0 cho điều kiện
Brewster), W
sp
và W
ps
bằng 0 tuyến tính (ϕ=0
o
). Với |W(θ)|
2
sẽ đối xứng khi θ
0
= 0, và bất đối
xứng khi θ
0
> 0.
Hình 5.2: Hàm phân cực |W
ii
(θ)|
2
với θ = 0, λ = 6328Å
Mẫu số của W
pp
giống với tính phân tán cho SPs, nó không thể hoàn thành kể từ khi sự
quan sát diễn ra bên trong nón ánh sáng, k
x
= (ω/c)sinθ
0
< (ω/c)

Giá trị của W
ss
có thể mô phỏng khi Im{ε(ω)}Re{ε(ω)} và bằng:
W
ss
= 4cosθ
0
cosθ (5.4)
W
ss
trong hình 5.2 không phục thuộc vào λ trong khi W
pp
phụ thuộc ít.
Kết quả thực nghiệm
Kết quả thu được cho sự phân bố góc tán xạ với góc tới thông thường thể hiện trong hình 5.3.
Mật độ đơn điệu giảm, theo đó mật độ pp nằm trên ss. Sự khác biệt này là do khác biệt trong
hàm góc, khi |W
pp
|
2
> |W
ss
|
2
trong khi độ giảm phản xạ gây ra bởi độ nhám
4
So sánh giữa 2 biểu thức I
pp
/I
ss

=|W
pp
|
2
/|W
ss
|
2
với thương số như hàm của θ đưa ra tính
thống nhất của các giả định (xem hình 5.2)
Hình 5.3: Phân bố góc tán xạ tự do (λ = 5145Å) tại mặt phẳng bạc với độ dày là 4000Å, δvới
tia tới thông thường. p và s phân cực khác nhau. Độ khử cực (sp và ps) nhỏ hơn 10 lần. Góc
khối đầu dò ở khoảng 8.10
-5
sr
5
Hình 5.4:Hàm Roughness với màn chắn bạc
Hàm Roughness
2
s
được mô tả ở hình 5.4 với hai góc
0
0
0
θ
=
ở 2 giá trị
0 0
14 , 1550A A
δ σ

= =
và góc
0
0
60
θ
=
với
0 0
14 , 1900A A
δ σ
= =
cho ta thấy hàm số tuyến tính rõ hơn
với giá trị
0
0
60
θ
=
. So sánh với hình 3.8 ta thấy trong thiết bị ATR có thể được quan sát thấy
được các giá trị
x
k∆
lớn hơn, do đó phần tuyến tính còn cho phép xác đinh chính xác hơn về
các thông số Roughness. Phần phi tuyến của hàm Roughness tại các giá trị
x
k
∆
nhỏ được hiểu là
do một gợn sóng bề mặt như trong các thí nghiệm với SPs. Một số dữ liệu về

,
δ σ
thu được
trên phim có độ dày khác nhau
Ag
d
được thể hiện trong bảng 5.1. Bảng 5.1 cho ta thấy có thể
giá trị Roughness bằng việc tăng độ dày của màn chắn.
Bảng 5.1: Thông số Roughness với màn chắn bạc có độ dày khác nhau.
6
Việc sắp xếp thí nghiệm ở Hình 3.7,1 cho phép so sánh việc xác định
2
( )
x
s k∆
của bề
mặt màn chắn với cả hai phương pháp, có và không có SPS bằng cách chuyển một nửa xi lanh
180
0
. Một sự thỏa thuận tốt đã được nêu cho độ dày màn chắn là 500-700
0
A
với
0
5 A
δ
=
như
hình 5.5. Ngoài ra nó chứng tỏ sự độc lập của
δ

trong
λ
.
Hình 5.5: Hàm Roughness với màn chắn bạc độ dày 500
0
A
với các góc
0
θ
khác nhau
Đo sự phân bố góc của cường độ ánh sáng trên màn chắn bạc và vàng ở tỷ lệ bình thường
đã được công bố đầu tiên của Beaglechole và Hunderi như hình 5.6
7
Hình 5.6: phân phối góc của cường độ ánh sáng rải rác tại các bề mặt bạc thô đo dưới (a) và
ở trên (b)
Các tác giả cho thấy những đường cong đầy đủ có thể thu được bằng cách liên quan đến
một quá trình kép: với sự gia tăng Roughness, kích thích sự tán xạ pp SPs nằm rải rác vào nón
ánh sáng và sản xuất dư thừa của bức xạ của ánh sáng . Lời giải thích này được hỗ trợ bằng
cách sử dụng năng lượng photon trên năng lượng plasma bề mặt ( 3,7 eV ) để kích thích SPs
không thể diễn ra, hình 5.6b . Tác động thứ hai Hình .5.6a mạnh hơn ở hình 5.3 do một giá trị
lớn hơn
δ
mẫu. Các giá trị Roughness lớn hơn được hiển thị bằng một so sánh của
0
(1/ ) /
sc
P I dI d= Ω
bằng số; tại
θ
= 40

0
người ta quan sát trong hình.5.3 :
4
1.4*10
p
sc
P
−
=
trong
khí ở hình 5.6
4
60*10
p
sc
P
−
=
. Nếu giả định rằng P~S
2
vẫn còn hiệu lực và giá trị của
δ
khoảng
60-70
0
A
kết quả cho màn chắn được đề cập trong Hình .5.6a đó có vẻ hợp lý . Beaglehole và
Hunderi đã thực hiện một tính toán thứ hai để tán xạ cường độ này mà phù hợp với các hành vi
quan sát.
Một lập luận thêm cho quá trình hai lệnh này là quan sát số phản xạ với vượt qua phân

cực: ánh sáng đến p phân cực, ra đi ánh sáng phân cực s hoặc ngược lại. trong trường hợp của
ánh sáng tỷ lệ s phân cực bình thường có nghĩa là: vector E vuông góc với mặt phẳng quan sát
và p phân cực ánh sáng: vector E trong mặt phẳng
8
Figure 1 Phân bố góc của sự phân tán ánh sáng tán xạ (λ= 5145A) tại bề mặt bạc có độ dày
4000A và δ = 10- 15A với góc tới thông thường. p và s biểu diễn các phân cực khác nhau.
Mức độ khử phân cực nhỏ hơn khoảng 10 lần.
Từ hình 1 ta có cường độ của tán xạ sp và ps yếu hơn cường độ pp. Đó là đặc trưng của
cường độ sp với giá trị θ cực đại là 50. Trong hình 2 cường độ ps giảm tuyến tính như tán xạ
ss. Sự tăng lên của tán xạ sp do quá trình nhân đôi. Sự chuyển đối ánh sáng tới thành ánh sáng
p và kích thích SPs thành bức xạ.
9
Figure 2 Phân bố góc của cường độ chéo (sp và ps). Đồ thị bên trái biểu diễn sự tăng lên biến
mất nếu ánh sáng tới có tần số ω > ω
s.
Sự giải thích đã đc xác minh bởi thí nghiệm tương đương ở Hình 3: phép đo với tần số
của ánh sáng ω > ω
s
chứng tỏ sự tăng lên biến mất dưới những điều kiện đó.
Figure 3 Phân bố góc của cường độ ánh sáng tán xạ trên bề mặt bạc thô đo được lớn hơn
hωsp . Đường gạch biểu diễn hình dạng của đường cong xấp xỉ tuyến tính.
10
Thông tin về đặc điểm quá trình nhân đôi trên tầm phim bạc nổi bật tại điểm có đường
kính 890A, Hình 4.
Thí nghiệm tương tự với ánh sáng tán xạ khuếch tán từ phim bạc, độ dày 5000A, được
làm nhám bởi lớp dưới của CaF
2
với độ dày 1000A. Kết quả chứng minh phép đo lường đã
được mô tả, các hình dạng khác nhau của phân bố góc của ánh sáng pp và ss và ánh sáng của sp
và ps.

Figure 4 (a) Cường độ tán xạ (1/I
o
)dI/dΩ từ phim bạc thô với hàm góc tán xạ θ. Tỉ lệ bình
thường (θ
0
= θ), λ = 4579 A. 4 thông số phù hợp cho sẵn là δ = 40 A và σ = 790 A và gợn
sóng tại 4 A và 7000A. (b) Ví dụ tương tự cho kết quả sự phân bố góc của cường độ s-p và p-s.
Trong những thí nghiệm đã đc đề cập đến trước đó , cường độ tăng quan sát được của
giá trị Δk
x
nhỏ hơn ở vùng có θ = 20-30
o
thay vì tiếp cận tọa độ mượt hơn. Bước sóng dài
tương quan giảm trên bề mặt nhám.
Nếu cường độ tán xạ được miêu tả bởi hàm Gaussian với miền Δk
x.
P = = const. (1 – k
x
2
. σ
2
/ 4)
Với k
x
2
< 4/ σ
2
, Δk
x =
k

x
tại tỉ lệ thông thường. Hằng số chứa k
x
phụ thuộc vào W
ik
, W
pp

có thể coi như 1 hằng số với 1 khoảng k
x
cho trước. Đường cong cách tiếp cận tọa độ gần như
theo chiều ngang nếu P có điều kiện k
x
thuộc θ < 30
o
. Quan sát giá trị P, tuy nhiên lại tăng độ
11
dốc tại giá trị k
x
nhỏ. Nó chỉ ra rằng tại khu vực có k
x
nhỏ hoặc thành phần bước sóng dài Λ
xuất phát từ cầu trúc nhám , có thể thuộc các dữ liệu bề mặt.
Thành phần bước sóng dài tại Δk
x
< 1x 10
-3
A
-1
có thể được phỏng đoán và sản phầm

của Λ khoảng 1µm, giá trị của δ khoảng 2 A và σ = 7500Å.
Nhận xét về quá trình nhân đôi
Những thí nghiệm trước chứng minh sự ảnh hưởng của quá trình thứ 2. Gần đây, mối quan hệ
tuyến tính trong đó sản lượng sự phụ thuộc của cường độ tán xạ P
ss
và P
pp
trên δ
2
đc mở rộng
bởi sử dụng giới hạn với δ
4
. Do đó, phương pháp nhân đôi có thể đưa vào tài khoản trong P
pp

và P
ss
và t iếp tục cho cường độ chéo P
sp
và P
ps
. Các tính toán dựa trên lý thuyết của Brown và
cộng sự
Các phép tính được thể hiện bằng một hàm Gaussian và các giá trị δ khác nhau: 5,15,
25, 40, 70, 120 và 150Å. σ =1000 Å and λ =5145 Å. Hình 5.9 miêu tả một ví dụ cho δ
=40*10^-10. nó thể hiện đặc trưng cuả những đoạn lồi.: đường pp rộng hơn so với đường ss
bởi 2 lí do: (1) hàm tần số góc hộ.Wpp lớn hơn Wss; nó là giá trị hoàn toàn trong tuyến tính
tương đối. (2) Quy trình lồng ghép. Sự ungr hộ của SPđã theo bởi nhưngx người không ủng hộ
và sự ô nhiễm ánh sáng., cái sản xuất ánh sang p đính kèm. Hơn thế nữa, trái ngược với sự
giảm xuống của ánh sáng ps, ở đây có một đương lồi mạnh trên đường sp và giờ được nhận ra

trong giao điểm cường độ.
So sánh các đường cong của mẫu này với các giá trị δ khác nhau, các kết quả tiếp theo
có thể được phát sinh là
1, thương số (ss/pp) lớn nhất tại θ xấp xỉ 52 độ, giá trị lớn nhất của cường độ sp, gần
như không thay đổi, 2,5+/- 0.3, phụ thuộc vào sixma.
2, thương số (sp/ps) giảm rất chậm từ 6.7 tới 3
3, thương số (ss/ps) lấy tại giá trị θ =52 độ, giảm rất nhanh khoảng 10^3 khi sự tăng độ
gồ ghề.
12
Kết quả (1) và (2) là kết quả của kết quả của thực tế rằng P(pp) và P (ps) phụ thuộc vào
δ ^2, trong khi đó P (sp) và P (ps) phụ thuộc vào δ ^4. Kết quả (3) đến từ sự phụ thuộc khác
nhau vào δ, chính vì thế ss/ps xấp xỉ 1/ δ ^2
Kết quả rất sơ lược của những tính toán này có thể được cô đọng trong các mỗi quan hệ
dưới đấy: những gói tới thông thường (thường là gamma (0)= 0 độ, các điểm cường độ lân cận
(hoặc là hệ số pharn chiếu lân cânj như sau:
{}thể hiện sự sửa chữa đối với lần đầu đặt. Mối quan hệ cho A1, B1 và B2 là quá cồng kềnh để
tái sản xuất tại đây, hãy nhìn 4.15
Nó tồn tại mọt điều để hỏi rằng bảng 5.3 thể hiện không có bulge tại các điểm sp
scattering tại một diểm sp lân cận và ít gồ ghề.có một khả năng đó là điểm sóng dài tại một
13
k
x
<10
-3
Å
-1
cái này phụ thuộc vào cấu trúc của cuả nền được đưa ra bởi các giá trị δ
s
và σ
s

là ít
hay nhiều không phụ thuộc điểm gồ ghề của đĩa phim bạc.
Kể từ khi Psp và Pps tăng lên chóng mặt với sixma^4, cấu trúc bulge sẽ xuất hiện tại giá
trị δ lớn hơn.
5.2 . Scattering của X-quang
Khi sự tán xạ mà không có SPs các thí nghiệm với tia X và kết quả của họ sẽ được cập
nhật, dựa trên các phương trình tương tự. Các quan sát với X-quang được thực hiện ở tỷ lệ chăn
thả để thực hiện điều kiện δ<λ. Với góc của gương phản ánh θ
0
, trạng thái này chính xác hơn
cos θ0 - δ << λ hoặc sự chiếu thô trên hướng chùm tia phải được << λ. Nếu λ xấp xỉ 5-10Å và
được so sánh với λ hoặc nhỏ hơn, θ0 đã được đạt 90
o
. Ví dụ, λ = 8,3 Å(Al, K) và θ0 = 89
o
đáp
ứng điều kiện này và do đó cho phép các ứng dụng của lý thuyết tán xạ tuyến tính. Hơn nữa,
cường độ phản xạ sẽ cao. Tỷ lệ grazing có ưu điểm là θ0 ^ 1 ° nhỏ hơn góc tới hạn của phản xạ
đảm bảo một số phản xạ ít nhất 20% °.
Sự quan tâm của thí nghiệm X-quang như nằm ở tính khả thi của việc xây dựng kính
thiên văn của các loại Wolter cho x-ray thiên văn học. Những gương cần rất trơn tru để giảm
thiệt hại do độ nhám tán xạ từ các đối tượng X-quang phát ra ở một cường độ rất yếu.
Cường độ phân tán được đưa ra bởi các mối quan hệ (5.1) Sự quan tâm của thí nghiệm
X-quang như nằm ở tính khả thi của việc xây dựng kính thiên văn của các loại Wolter cho x-
ray thiên văn học. Những gương cần rất trơn tru để giảm thiệt hại do độ nhám tán xạ từ các đối
tượng X-quang phát ra ở một cường độ rất yếu.
Cường độ phân tán được đưa ra bởi các mối quan hệ (5.1)
Khi θ và θ
0
gần bằng 90

o
, hàm lưỡng cực
2
, nhìn vào hình ( 5.2,3) suy biến
với φ = 90 – θ [ 2.4, chương 9, trang 397, (48) ] :
W
pp
= W
ss
= 4φ
o
φ
P = φ
o
φ
Mối quan hệ này đúng cho chất cách điện hay kim loại nếu φ
o
và φ nhỏ hơn ( xem
5.3 ). Đối với vàng, ≈ 10
-3
ở λ = 8.3Å; có nghĩa là φ
o
nhỏ hơn 3
o
. Dưới điều kiện này, cường
14
độ phân tán là quầng sáng tập trung xung quanh tia phản xạ. Đây là 1 trường hợp hạn chế điển
hình, trong đó kết quả của nó độc lập với hướng phân cực của trường điện từ, xem ( 5.7). Nó
được gọi là “trường vô hướng”.
Một ví dụ về phép đo như vậy được thấy trong hình. 5.10a. Mật độ phân tán xuất hiện

như một quầng xung quanh chùm tia trung tâm. Kết quả cũng không rõ ràng lắm từ bề mặt
không trơn, nhưng những cánh xung quanh trung tâm hiển thị rõ ràng mật độ do sự tán xạ bởi
độ nhám.
Sao cho biến đổi furier
Off specular direction : hướng phản chiếu (arcmin), norm intensity : cường độ định mức
Hình 5.10 (a), khuếch tán tán xạ tia X, λ = 8.3Å, của một bề mặt kanigin xung quanh chùm tia
phản chiếu. góc tới 98
o
. các hàm khác nhau về độ nhám được chuẩn bị thì hàm mũ là phụ hợp
15
nhất. Sự phân bố cường độ bị ảnh hưởng khi -  
o
> 40 arcmin ở mặt phản xạ. Từ [5,13]. (b)
phân bổ cường độ xung quanh chùm tia phản chiếu phản xạ vào gương zerodur ở một góc
grazing của 60 arcmin cho λ = 8.3Å. bề mặt này cơ bản được đánh bóng tốt hơn sao cho chùm
phản chiếu mạnh hơn. Quầng sáng là do sự tán xạ khuếch tán của bề mặt, trong khi cường độ
trong môi trường trực tiếp của tia phản chiếu ở giá trị nhỏ k
x
điểm điều chế bước sóng dài
tương tự như hiện tượng tán xạ ánh sáng, xem Chap. 3. Từ [5,13].
(5.11)
Các thông số nhám là δ = 86 ± 10 Å và σ = 11 ± 6 mµ[5.13].
Bề mặt được đánh bóng tốt hơn của gương Zerodur tráng 1 lớp màng bằng vàng hàng
trăm (1.0 × 10-10 meters) với giá trị độ dày δ = 2.7 ± 0.1 Å đến 4.9 ± 0.1 Å và σ = 2.6 ± 0.7 tới
5.0 ± 2.5 mµ. Những mô hình phân tán có một chùm phản chiếu của phụ cận bốn điểm cao hơn
so với cường độ hào quang, xem hình. 5.10b [5.13]. Đáng chú ý là các mô hình hiển thị rất gần
với chùm cơ bản (với i± 5 arcmin) cường độ dư thừa trong đó có rất có thể là nguồn gốc tương
tự như cường độ ở giá trị thấp ∆k
x
trong hình 3.8 và 5.4, cụ thể là trong gợn sóng của bề mặt.

Điều ngạc nhiên là Λ, bước sóng của nó, trong các ví dụ này có giá trị gần bằng vài
millimicrons. Có lẽ nó bắt nguồn từ chế tạo các bề mặt.
Những giá trị của chiều cao r.m.s. của bề mặt gương đã được xác nhận bằng các phép đo
trên các mẫu giống nhau cùng với sự can thiệp của kính hiển vi điện tử, trong đó có một độ
phân giải không gian cao bình thường với bề mặt; độ phân giải ngang là độ phân giải dựa theo
thứ tự của các bước sóng ánh sáng. Ví dụ, giá trị trung bình của nhám δ = 2,5 ± 0,4 Å thu được
với X-quang đồng nhất với giá trị 2,7 ± 0,9 Å được đánh giá bằng kính hiển vi điện tử từ những
mẫu vật giống nhau [5.12].
Phương pháp phản xạ của X-quang trong tỷ lệ tán cũng đã được áp dụng để nghiên cứu
"nhám" của một bề mặt nước, chiều cao r.m.s khoảng 3,2 Å đã được đo đạc, diện tích trung
bình trên bề mặt của 3000Å x 3000Å [5.14].
5.3. Đo lường độ mất mát phản xạ-hàm bước sóng
Những kinh nghiệm trên bề mặt Nhôm (Al) từ trước đó, với góc tới theta phù hợp đã chỉ
ra rằng: độ dốc trên hàm mật đô phản xạ là một hàm của bước sóng lamda (lamda=1300Å)
[hình 5.15,16]. Điều không bình thường này được kiểm nghiệm lại trên Bạc (Ag) và
Megnesium (Mg). Nó được giải thích nhờ sự kích thích bề mặt các đường ghồ ghề SPs bởi ánh
16
sáng tới (bộ nhiễu xạ),và sự suy giảm ánh sáng phản xạ trong vùng năng lượng hw<hw_sp.
Cách lý luận này đã được kiểm nghiệm lần nữa trên lớp nền của CaF2, MgF2 trước khi làm bốc
hơi films metal lên chúng. Độ mất mát tăng khi độ dày của lớp pha lê tăng hoặc tăng độ ghồ
ghề của tấm film Nhôm[hình 5.11].
Độ dốc delta R là nguyên nhân tạo ra đỉnh trong độ hấp thu A, do 1=R+A+T, sự truyền
dẫn T=0 nên giảm R thì tăng A. Nó dường như phụ thuộc vào e'', thành phần ảo của e(w), bước
sóng lamda, tấm film Nhôm[hình 5.12]. Film 1-4 được sửa lại với tốc độ bay hơi xấp xỉ 100A/s
trên lớp kính chưa được xử lý. Độ ghồ ghề được làm tăng lên trên tấm film MgF2, độ dày
2000Å. Sự dao động là nguyên nhân cho sự biến đổi của các tham số[5.18].
Hình 5.11: So sánh đo lường và tính toán độ phản xạ trên bề mặt ghồ ghề của tấm film Nhôm
bay hơi (dày 800-10Å), góc tới 10
o
. Tính toán đường cong của các tham số (,) tương ứng

(12.1;918), (14.7;744), (37.7;378) từ trên xuống dưới.
17
Hình 5.12 Phần ảo của e(w) như một hàm của bước sóng.
Hấp thu thêm vào trong vùng 3500Å trên bề mặt ghồ ghề và bề mặt phẳng của tấm film
bạc được so sánh trên[hình 5.19]
Một chứng minh khác cho cách giải thích này được đưa ra với sự dịch chuyển của độ
dốc với độ dài bước sóng, nếu tấm film bạc được tráng bởi CaF
2
, MgF
2
, LiF hoặc Carbon. Hình
5.13 là một ví dụ. Nhiều đo lường chi tiết hơn cho độ mất mát này được làm trên các tấm film
khác Ag, Al, Mg và được so sánh, tính toán các tham số ghồ ghề.
18
Hình 5.13 Tỷ số mất mát R/R0 trên bề mặt ghồ ghề và bề mặt gần phẳng của film Bạc.
Xem xét lý thuyết.
Elson và Ritchie[5.23] sử dụng lý thuyết nhiễu xạ lần đầu tiên và đưa ra mật độ mất mát
delta R_sp do kích thích SP. Họ đưa ra được xác suất 1 photon kéo dài trên bề mặt ghồ ghề với
góc tới phù hợp
vì góc tới k
0
x
=0. Với biểu thức độ ẩm tuần theo hàm độ ẩm Lozentizan
19
Giá trị của γ’ sẽ tăng trên bề mặt ghồ ghề với điều kiện tồn tại độ ẩm phản xạ. Hàm P
sp
không có điểm cực tại giá trị |ε’|=1. Nó sẽ tiến đến 0 khi |ε’|->1 hoặc k
x
->∞.
Khi P

sp
<<1 thì ta có phép xấp xỉ
Các đường cong quan sát được biểu diễn bởi phương trình
0
/
tot SP sc
R R P P∆ = +
(5.15)
Và năng suất
δ
,
σ
,và
γ
Kết quả thực nghiệm
Các chỉ số phản xạ quan sát của Ag, Al, và Mg films, sản xuất bởi bay hơi,đã được kiểm
nghiệm. Kết quả của Al, đo bằng UH chân không,được hiển thị trong hình 5.11. Sự thô ráp đã
được tăng màu phủ bề mặt (tấm thạch anh) với
2
CaF
có độ dày khác nhau. So sánh các đường
cong và tính toán cho thấy rằng hình dạng của mức tối thiểu và biến đổi của nó với sự gia tăng
độ nhám có thể được sao chép bằng cách sử dụng mô hình Gauss cho |s(k
x
)|
2
với các dữ liệu
được đưa ra trong hình 5.11. Giá trị của
'
γ

xuất hiện với một thời gián nghỉ của
15
1.5 10 s
τ
−
= ×
rất gần đến
15
1.4 10 s
τ
−
= ×
tính từ chiều rộng của khối plasmon
15
p
eV
ω
=h
với một nửa chiều
rộng
1/2
500E meV
∆ =
và
15
1.3 10 s
τ
−
= ×
từ các phép đo phản xạ [5.24]

Thâm hụt phản xạ ở mức năng lượng photon cao hơn h là do tán xạ ánh sáng vào
/
X
k c
ω
≤
nón ánh sáng, dấu hiệu đó được thấy trong hình 5.11 bởi đường cong tan và hiển thị
sự gia tăng mạnh mẽ với năng lượng photon lớn hơn (~
4
ω
)
Nó rất có thể xảy ra mà do những giá trị tương đối nhỏ của hai đường cong trên, giá trị
tuyến tính xấp xỉ có thể được giả định và những thay đổi về mối quan hệ phân tán
0
θ
∆
và
0
θ
∆
,
do đó vẫn còn nhỏ. Hơn nữa sự tương đồng giữa
γ
và
'
γ
, là lý do chính đáng để tin rằng
δ
và
20

σ
là dữ liệu thực tế của bề mặt. Giá trị của
0
37.7
δ
= Α
của đường cong nằm thấp nhất có thể ở
giới hạn của xấp xỉ tuyến tính.
Thí nghiệm tương tự trên phim Al và việc xác định các thông số độ nhám của họ đã
được công bố với kết quả so sánh [5.21],các tác giả nhận thấy ví dụ như
0
8Α
và giá trị
0
320
δ
= Α
về một bộ phim AL với độ dày
0
900 Α
.
Hơn nữa, đo lường đã được công bố trên phim magie có độ dày khác nhau d bốc hơi trên
một miếng kính hiển vi,đã được đánh giá là mô tả phù hợp cho Al. Kết quả cho ba bộ phim là:
Giá trị của
'
γ
đi ra như tr trong khi các kim loại có giá trị
' 1.9 2.4eV
γ
= −h

. Sự gia tăng
này của
γ
so với
'
γ
chỉ ra rằng độ nhám có một ảnh hưởng mạnh mẽ trên các dữ liệu vì chúng
nằm ở giới hạn của các tuyến ap-proximation.
Ứng dụng
max
R∆
đến việc xác định độ nhám
Thâm hụt trong phản xạ cung cấp một phương pháp thực tế để có được độ nhám khá
nhanh chóng. Cunninggham và Braundmeier [5.25] báo cáo rằng
max
R∆
thâm hụt tối đa Ag
khoảng
0
3500
λ
= Α
là hàm của
δ
mang lại một tuyến de-pendece. Giá trị của
δ
đã thu được
bằng phương pháp giao thoa [5.26] mà cho phép mea-surment của
δ
giá trị khoảng

0
10Α
lên
đến vài
0
3
10 Α
. Độ phân giải ngang của nó là thứ tự của các bước sóng ánh sáng. Sử dụng hiệu
chuẩn này vấn đề gồ ghề của bề mặt có thể được bắt nguồn từ một với đề cập đến công thưc lý
thuyết.
Có một sự không chắc chắn liên quan đến việc chuẩn: có mối tương quan của như
max
R∆
một chức năng đồng ý với điều đó của hình 7 [5.17] chỉ trong khu vực khoảng 15-20
0
Α
lý (
21
max
15 20R
∆ ≈ −
%)do cho điều này là chưa biết.Sự khác biệt trọng hiệu chuẩn cần được giải
quyết để phương pháp này có thể có ứng dụng rộng hơn.
Một ưu điểm nữa của phương pháp này là một bộ phim bạc 500-1000
Å
bề mặt dày của
lớp nhám.Đo lường với các phương pháp
max
R∆
đã được thực hiện để nghiên cứu độ nhám của

undoped và phốt pho pha tạp đa tinh thể film Si[5.27].
Plasmons bề mặt trên bề mặt chuyển tiếp chất điện phân kim loại
Phần này sẽ trình bày thí nghiệm với SPs trong đó bề mặt kim loại được bao phủ bởi
một dung dịch nước thay vì một bản phim rắn mỏng như được mô tả trong chương 2. Một
điện cực thứ 2 cho phép áp dụng một điện áp phân cực vào hệ thống.
Khi xét về mặt vật lý của bề mặt chuyển tiếp kim loại – dung dịch, nó được nghiên cứu
thông qua những biến diễn của SPs theo các điều kiện sau. Phản xạ ánh sáng ở các bước
sóng khác nhau. Kích thích plasmon bề mặt bằng bề mặt gợn sóng và sẽ được quan sát bằng
độ hụt cường độ ánh sáng phản xạ, xem mục 5.3. Để tăng độ nhạy của phương pháp điện
phản xạ thì tín hiệu đã được lấy vi phân, do đó những thay đổi nhỏ của hệ số phản xạ AR/R
có thể được phát hiện.
Thay vì làm ráp bề mặt bạc bởi một chu kì điện thế anode (hòa tan bạc và tái kết tinh
nó), một mặt phẳng Ag (110) phân bậc đã được sử dụng, nghiêng 3 so với mặt phẳng (110)
với các bậc dọc theo hướng [001]; điều này đem lại 1 độ ráp được xác định là tốt hơn so với
cái được thống kê trước đó [5.28], hình 5.14 cho thấy một sự khác nhau lớn giữa các số đo
AR/R thẳng góc với các bậc (đường liền nét), và song song với các bậc (đường nét đứt).
Trong trường hợp sau một thống kê nhỏ về độ ráp là có hiệu quả, xét rằng gợn sóng rõ rệt
của các bậc là nguyên nhân gây ra SP khoảng = 3.5 eV thay vì là 3.63 eV tại một bề mặt
bạc tự do. Một đánh giá về độ hụt hệ số phản xạ tương tự như mô tả trong thí nghiệm tán xạ
trong không khí, xem trong mục 5.1, không được báo cáo.
Cho các thí nghiệm tiếp theo trên bề mặt chuyển tiếp kim loại – dung dịch và thông tin
chi tiết hơn hãy xem [5.29]
22
Hình 5.14. Hình hiển thị sự tới vuông góc phổ điện - phản xạ
( )
/R R
λ
∆
và phổ phản xạ
tĩnh

( )
R
λ
của một bề mặt Ag (110) phân bậc trong một giải pháp aequeous (0.5 MNaClO
4
)
với ánh sáng phân cực p. Đường cong nét đứt được đo song song với các bậc và cho thấy
một cấu trúc yếu ngoài biên plasma. Ta có thể quan sát đường đo vuông góc với các bậc để
thấy được một cấu trúc được thêm vào đáng chú ý (đường nét liền); nó nằm trong khoảng
3500 Å (3.5 eV) với điều kiện
( )
'
0 2
( )Ag H O
ε ε
= −
và
0
2
ε
=
cho SPs (với k
x
lớn) được thực
hiện. Kích thích của SPs là có thể và do sự ghép tương tác của ánh sáng với bề mặt kim loại
phân bậc. Theo [5.28].
Tổng tán xạ phức hợp (TIS).
Trong phần này quy trình xác định độ ráp bởi phương pháp “tổng tán xạ phức hợp” sẽ
được thảo luận: một chùm ánh sáng va đập vào bề mặt của khu vực nghiên cứu theo một
hướng gần như thẳng đứng , � ≈ 0°. Một bán cầu (cầu Coblentz) bao phủ bề mặt ráp, thu thập

ánh sáng tán xạ rải rác R
SC
trên một đầu dò ánh sáng bên trong nửa bán cầu. Ánh sáng phản xạ
được phản chiếu cộng với R
SC
sinh lợi cho tổng anh sáng phản xạ R
tot
. “Tổng tán xạ phức
hợp” được định nghĩa là: TIS = R
SC
/R
tot
; trong đó R
SC
và R
tot
được đo.
Để xác định độ ráp ta giả thiết |ε’
1
|≫1 và |ε’
1
|>ε’’
1
, cùng với một hàm tương quan
Gaussian. Sau đó ta đưa vào điều kiện là l chiếu sáng là nhỏ so với chiều dài tương quan s:
ks≫1. |ε’
1
| lớn được đồng nhất với bước sóng rất dài, do đó các hàm góc (5.2) và (5.3) rút gọn
thành
( )

2
2
2
2cos 4
pp ss
W W
θ
= = =
, do
0
0
θ
;
, xem chương 9 của [2.4].
Sự phực hợp của ánh sáng tán xạ
( ) ( )
0
1/ /I dI dΩ
(5.1) trên
d
Ω
có thể được áp dụng, do
23
hàm ráp
( ) ( )
( )
2
2
0
0

x x x
s k s k k
∆ = =
có thể được xấp xỉ bằng một hàm delta Dirac [4.16].
2
4
sc
tot
R
R
πδ
λ
 
=
 ÷
 
(5.16)
Giả thiết |ε’
1
|≫1 ngụ ý rằng các mối quan hệ (5.2) và (5.3) trở thành độc lập với sự phân cực
ánh sáng
pp ss
W W
=
(còn được gọi là “trường hợp vô hướng”). Ngoài ra kích thích SP bị loại trừ
do năng lượng của photon kích thích là quá nhỏ, xem (5.4).
Do (5.16) chỉ có giá trị trong điều kiện hạn chế trên, các áp dụng với ánh sáng nhìn thấy chỉ
dẫn đến các kết quả gần đúng. Ngoài ra sự phức hợp của cường độ trong nửa cầu ngăn chặn
kiểm soát những áp dụng của hàm tương quan. Tuy nhiên ưu điểm của phương pháp này là sự
đơn giản của nó để nhanh chóng có được một giá trị ráp gần đúng, điều này quan trọng đối với

các mục đích thực tiễn. Một thảo luận chi tiết hơn có thể được tìm thấy trong nghiên cứu của
Elson cùng cộng sự [5.30].
24