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隐失波

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“Evanescent wave”的各地常用译名
中国大陆隐失波、消散波、倏逝波、晕失波、消逝波、迅逝波
台湾渐逝波、消散波、渐消波、衰减波、倏逝波、损耗波
沿金属-电介质界面传播的表面波表面等离激元)的示意图。 远离表面的场以指数方式消失(右图),因此这些场在z方向上被描述为渐逝。

隐失波(英语:evanescent wave[1][2][3],又称为渐逝波消逝波消散波倏逝波衰逝波等)是指当光波从光密介质入射到光疏介质时,发生全反射而光疏介质一侧所产生的一种电磁波。由于其振幅随与分界面垂直的深度的增大而呈指数形式衰减,而随切线方向改变相位,因此也是一种表面波。[4]隐失波是近场的,强度随着呈指数衰减的,没有被吸收的,其解是距边界的距离x的函数。隐失波作为波动方程的解,可以运用于任何波动方程。形成于两种拥有不同的波动性质的介质的边界上。在距离表面三分之一波长的距离下最为强烈[需要解释]。特别的,隐失波可以发生在除了光学的其它情况下,如电磁辐射、声学、机械波的情况下。

原理

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当光由光密介质(折射率为 n1)入射到光疏介质(折射率为n2)时,入射角为θi则折射角由斯涅尔定律(Snell’s law)可得为θt,可由以下数学式表示[5]

接着改变入射角θi使其慢慢增大,直到折射角θt为90度,我们称此入射角为临界角θc,接着继续增加入射角 使其大于临界角 ,此时光波产生全内反射

在光密介质 内,反射波与入射波干涉,在界面附近形成驻波,而极小部分的能量会渗入光疏介质 ,电磁场会透出一段距离并沿着界面传播此即为隐失波。[6]

隐失波的强度是随着与界面传播的距离成指数衰减的关系,透出一小段距离 称为穿透深度dp(depth of penetration),其定义为当穿透之光波强度减弱至原光波强度的三分之一(1/e=36.8%)时的距离。[7]

采用受抑全内反射的方法可以探测该隐失波的衰减程度,因此其可用来测量两表面间的距离,进而得知上下两表面的共同粗糙度。

应用

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隐失波在各个领域都有广泛的应用。在光学上特别广泛。 例如利用隐失波原理制成的分光镜如图。

分光镜示意图。

如果只有单片棱镜,光线发生全反射。而使用两片棱镜,改变棱镜间的空气间隙大小,则能改变分光的比例。[8]同样的原理,也可以在光纤的外层上加一光密物质从而得到光纤内部的性质[2]

参见

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参考文献

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  1. ^ IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms IEEE STD 100-1992. New York, NY: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 1992: 458. ISBN 1-55937-2400 (英语). 
  2. ^ 2.0 2.1 Hecht, Eugene. Optics 4th. United States of America: Addison Wesley. 2002: 124-125. ISBN 0-8053-8566-5 (英语). 
  3. ^ Griffiths, David J. Introduction to Electrodynamics 3rd. Prentice Hall. 1998. ISBN 0-13-805326-X (英语). 
  4. ^ Bennett, Charles A. Principles of Physical Optics 1st. Wiley. 2008 (英语). 
  5. ^ Paul Lorrain; Dale P. Corson. Electromagnetic Fields and Waves 3rd. New York: W. H. Freeman and Company. 1988: 557. ISBN 0-7167-1869-3 (英语). 
  6. ^ John R. Reitz; Frederick J. Milford. 18. Foundations of Electromagnetic Theory Fourth. Addison-Wesley Publishing Company. 1993. ISBN 0-201-52624-7 (英语). 
  7. ^ Wangsness, Roald K. Electromagnetic Fields 2nd. John Wiley and Sons. 1986. ISBN 0-471-85912-5 (英语). 
  8. ^ 郁道银; 谈恒英. 工程光學基礎教程. 2010: 205. ISBN 978-7-111-21292-8.