表面等离激元共振实验合集.ppt
- 格式:ppt
- 大小:1.32 MB
- 文档页数:23
实验名称:表面等离激元共振法测液体折射率实验实验目的:1、了解全反射中倏逝波的概念2、观察表面等离激元共振现象,研究其共振角随折射率的变化3、进一步熟悉和了解分光计的调节和使用4、了解和掌握共振角测量的方法,以及计算折射率的原理和方法 实验原理:在电磁场的作用下,材料中的自由电子会在金属表面发生集体振荡,产生表面等离激元;共振状态下电磁场的能量被有效转换为金属表面自由电子的集体振动能。
当入射光从折射率为n 1的光密介质照射到折射率为n 2的光疏介质,当入射角θ大于临界角θc 时,将发生全反射,在全内反射(TIR )条件下,入射光的能量没有损失,但光的电场强度在界面处并不立即减小为零,而会渗入光疏介质中产生消失波,光波并不是绝对地在界面上被全反射回光密介质,而是渗入光疏介质大约一个波长的深度,并沿着界面流过波长量级距离重新返回光密介质,沿着反射光方向射出。
这个沿着光疏介质表面流动的波称为倏逝波。
对于倏逝波在金属内部的分布是随着与表面垂直距离z 的增大而呈指数衰减,即()(0)exp(-)zI z I d= (1)其中 d =0λ是光在真空中的波长)是倏逝波渗入光疏介质的有效深度(光波的电场衰减至表面强度的1/e 时的深度)。
可见入射的有效深度d 不受入射光偏振化程度的影响,除θ→c θ,d →∞的特殊条件外(c θ为布儒斯特角),d 随着入射角的增加而减小,其大小是0λ的数量级甚至更小。
因为倏逝波的存在,在界面处发生全内反射的光线,实际上在光疏介质中产生大小约为半个波长的位移后又返回光密介质。
表面等离激元共振(SPR )是倏逝波以衰减全反射的方式激发表面等离激元波(SPW ),当SPW 波矢与倏逝波的波矢大小相等、方向相同时,产生共振,导致入射光的反射光强降至最低。
如果在两种介质界面之间存在几十纳米的金属薄膜,那么全反射时产生的倏逝波的P 偏振分量(P 波)将会进入金属薄膜,与金属薄膜中的自由电子相互作用,激发出沿金属薄膜表面传播的表面等离子体波(SPW )。