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Metalloptik

OptikFestkörperphysik, Teilgebiet der Optik, das sich mit den optischen Eigenschaften von Metallen befasst. Metalle zeichnen sich durch ein hohes Reflexionsvermögen (> 99 %) und durch die geringe Eindringtiefe für Licht (einige 10-5 cm) aus. Diese beiden Eigenschaften sind auch für das glänzende Aussehen der Metalle verantwortlich.

Im Rahmen der klassischen Optik werden die Eigenschaften der Metalle durch eine komplexe Brechzahl (komplexe Dielektrizitätskonstante) beschrieben. Die optischen Eigenschaften der Metalle ergeben sich aus den Maxwell-Gleichungen, wie sie auch für transparente Medien gelten, durch Annahme einer komplexen Brechzahl n' = n + ik (n: Brechzahl, k: Absorptionsindex). Bei senkrechtem Einfall gilt für das Reflexionsvermögen R (siehe Tabelle 1)

Metalloptik

was für k = 0 (transparentes Medium) in die bekannte Formel übergeht:

Metalloptik

Linear polarisiertes Licht ist nach Reflexion an einer Metalloberfläche elliptisch polarisiert, da die senkrecht und parallel zur Einfallsebene schwingenden Komponenten des Lichtvektors unterschiedliche Phasenverzögerungen erfahren. Nur bei senkrechtem Einfall bleibt die lineare Polarisation erhalten.

Es existiert eine Grenzfrequenz (Langmuir-Frequenz), oberhalb derer das Metall durchsichtig wird. Diese sog. Plasmakante liegt je nach Elektronenkonzentration des Metalls meist im nahen oder fernen UV Bereich (220-380 nm). Die wellenlängenabhängige Reflexion von elektromagnetischen Strahlen an Metalloberflächen findet vielfältige Anwendung, beispielsweise in IR-reflektierenden Wärmeschutzverglasungen oder selektiven Absorberschichten für Solarkollektoren.

Metalloptik: Brechzahl n und Reflexionsgrad R verschiedener Metalle (l = 589 nm).

Metall

n

k

R

Natrium

0,05

2,61

99,8 %

Silber

0,18

3,64

95,0 %

Gold

0,37

2,82

85,1 %

Kupfer

0,64

2,62

70,1 %

 

Metalloptik

Metalloptik: Reflexionskoeffizienten in % für Gold und Silber im Wellenlängenspektrum von 1 200-250 nm.

 

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