69、金属基底上薄膜的反射 - 吸收光谱研究

金属基底上薄膜的反射 - 吸收光谱研究

1. 引言

红外反射 - 吸收光谱（RAS）最早于1959年由Francis和Ellison应用于金属硬脂酸盐的Langmuir - Blodgett（LB）膜在金属镜上的体系。当时由于使用的是色散型仪器，他们不得不使用两个平行镜，总共进行四次反射，并使用特殊的光学楔来扩展透射范围，且采用了掠入射角（72°）。“反射 - 吸收光谱”这一术语由Greenler等人首次提出，专门用于获取位于金属高反射表面上的薄材料层的光谱，因为该光谱与从块状样品表面反射获得的光谱完全不同。在块状样品反射中，吸收指数的增加可能导致反射率增加（而非降低），并且对折射率的强烈依赖会使谱带不对称。而在反射 - 吸收（R - A）光谱中，吸收指数的增加会使反射辐射的能量减少，所得光谱类似于通常的吸收光谱。

当光在金属表面反射时，反射光束的相位相对于入射光束会发生偏移，偏移量由入射角、偏振状态和光的波数决定。s偏振光束（电场矢量垂直于入射面）的相移接近180°，与入射角和波数无关，因此入射和反射光束的电场矢量在表面几乎相互抵消，这意味着对于s偏振光束，金属表面的薄材料层几乎不会产生吸收。而p偏振光束（电场矢量平行于入射面）的相移在高入射角时变化迅速，当相移为90°时，入射和反射光束会叠加产生一个更强的垂直于金属表面的电场，因此p偏振光束会被垂直于膜表面的跃迁偶极矩强烈吸收。

2. RAS的数学处理和特性

2.1 各向同性薄膜

对于空气 - 单层 - 金属系统的电磁波R - A特性，可以通过考虑波在每种介质中的边界条件来计算。对于各向同性薄膜，可使用Hansen推导的多层各向同性薄膜方程。在RAS设置中，第一相和第N相分别为半