衰減全反射（Attenuated Total Reflection，ATR）：光波入射時，入射面內偏振的單色平面光波在密－疏媒質的界上全反射時，光疏媒質中所形成的迅衰場(見衰減波)量可以被耦合到金屬或半導體的表面上而使表面等離激元(SP)或表面極化激元共振激發。全反射的光強因而發生劇邃衰減的現象。
利用光學中的迅衰場與SP相耦合衰減全反射方法在1968年由A.奧托提出。
基本介紹
- 中文名：衰減全反射
- 外文名：Attenuated Total Reflection
- 方法：迅衰場與SP相耦合衰減全反射
- 時間：1968年
基本原理,套用領域,
基本原理
入射面內偏振的單色平面光波在密－疏媒質的界面上全反射時，光疏媒質中所形成的迅衰場(見衰減波)能量可以被耦合到金屬或半導體的表面上而使表面等離激元(SP)或表面極化激元共振激發。全反射的光強因而會發生劇邃衰減的現象。
利用光學中的迅衰場與SP相耦合衰減全反射方法是在1968年由A.奧托提出。奧托利用稜鏡的全反射以產生迅衰場，並且由於迅衰場具有沿稜鏡法線方向指數衰減的性質，所以被研究的表面必須與稜鏡的全反射面相貼近到小於微米的空隙時才有可能使迅衰場的能量耦合到表面上。這種安排被稱為奧托裝置（圖b）。
1971年E.克雷奇曼把厚度約為500┱的金屬薄膜，直接蒸鍍到稜鏡的全反射面上,也同樣獲得了在金屬-真空（或其他媒質）界面上對SP的耦合，這種安排被稱為克雷奇曼裝置（圖a）由於SP的激勵是沿界面傳遞的，入射光的波矢沿界面的分量與SP的波矢相匹配時才能滿足共振激發的條件，這時候入射光的能量可以通過迅衰場而耦合到SP使之激勵,而反射率應為100%的全反射光強因而受到了嚴重的衰減。匹配可以通過改變入射角或改變入射光的波長來實現。反射率隨入射角或波長改變的曲線稱為衰減全反射譜（ATR譜，圖3）。
圖a 為克雷奇曼裝置 圖b 為奧托裝置
圖a 為克雷奇曼裝置 圖b 為奧托裝置SP的激發反映在ATR譜中為一具有洛倫茲線型的共振吸收峰(見光的吸收)，峰的位置、半寬度及峰值與承受SP激發的媒質的介電常數及膜層或空氣隙的厚度有密切的關係。由於SP只局限在界面的附近，所以ATR譜只反映出界面的特性而與媒質的體內因素無關。若是界面的狀態發生了變化，例如形成了過渡層，界面增加了粗糙度以及吸附了其他分子等等都會引起ATR譜中的共振峰的位置、寬度及峰值的改變。
套用領域
ATR是一種研究表面或界面光學性質的十分靈敏的方法,由於ATR可以在金屬－真空界面、金屬－電介質界面上均能實現,因之ATR方法已成為研究表面物理現象的一種具有發展前途的方法。
用極性半導體（如GaP）代替奧托裝置中的金屬,測量它的ATR譜，可確定表面極化激元的頻率－波矢關係。
