「Evanescent wave」的各地常用譯名 中国大陸 隐失波、消散波、倏逝波、晕失波、消逝波、迅逝波 臺灣 漸逝波、消散波、漸消波、衰減波、倏逝波、損耗波
沿金屬-電介質界面傳播的表面波 (表面等離激元 )的示意圖。 遠離表面的場以指數方式消失(右圖),因此這些場在z方向上被描述為漸逝。
漸逝波 (英語:evanescent wave [ 1] [ 2] [ 3] ,又稱為渐逝波 、消逝波 、消散波 、倏逝波 、衰逝波 等)是指當光波從光密介質入射到光疏介質時,發生全反射而光疏介質一侧所產生的一種電磁波 。由於其振幅 隨與分界面垂直的深度的增大而呈指数形式衰减,而隨切線方向改變相位 ,因此也是一種表面波。[ 4] 漸逝波是近场的,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。漸逝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,漸逝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。也许是因为所有的物理量在物理界面附近是渐变的,而不是突变, 即对于物理量而言,介质之间不是一个简单的界面,而是一个过渡层[ 5] 。倏逝波反映了物理量在过渡层中的变化规律。它更类似于驻波 ,而不是行波 。
原理
當光由光密介質(折射率為 n1 )入射到光疏介質(折射率為n2 )時,入射角為θi 則折射角由司乃耳定律 (Snell’s law)可得為θt ,可由以下數學式表示[ 6] :
n
1
sin
θ
i
=
n
2
sin
θ
t
{\displaystyle n_{1}\sin \theta _{i}=n_{2}\sin \theta _{t}}
。
接著改變入射角θi 使其慢慢增大,直到折射角θt 為90度,我們稱此入射角為臨界角θc ,接著繼續增加入射角
θ
i
{\displaystyle \theta _{i}}
使其大於臨界角
θ
c
{\displaystyle \theta _{c}}
,此時光波產生全內反射 。
在光密介質
n
1
{\displaystyle n_{1}}
內,反射波與入射波干涉,在介面附近形成駐波,而極小部分的能量會滲入光疏介質
n
2
{\displaystyle n_{2}}
,電磁場會透出一段距離並沿著介面傳播此即為漸逝波。[ 7]
漸逝波的強度是隨著與介面傳播的距離成指數 衰減的關係,透出一小段距離
δ
z
{\displaystyle \delta _{z}}
稱為穿透深度 dp(depth of penetration),其定義為當穿透之光波強度減弱至原光波強度的三分之一(1/e=36.8%)時的距離。[ 8]
δ
z
=
λ
2
π
(
n
1
n
2
)
2
sin
2
θ
i
−
1
{\displaystyle \delta _{z}={\frac {\frac {\lambda }{2\pi }}{\sqrt {\left({\frac {n_{1}}{n_{2}}}\right)^{2}\sin ^{2}\theta _{i}-1}}}}
採用受抑全內反射 的方法可以探测該漸逝波的衰减程度,因此其可用來测量兩表面間的距離,進而得知上下兩表面的共同粗糙度。
應用
漸逝波在各個領域都有廣泛的應用。在光學上特別廣泛。
例如利用漸逝波原理製成的分光鏡 如圖。
分光鏡示意圖。
如果只有單片稜鏡,光線發生全反射。而使用兩片稜鏡,改變稜鏡間的空氣間隙大小,則能改變分光的比例。[ 9] 同樣的原理,也可以在光纖 的外層上加一光密物質從而得到光纖內部的性質[ 2] 。
參見
參考文獻
^ 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) .
^ 2.0 2.1 Hecht, Eugene. Optics 4th. United States of America: Addison Wesley. 2002: 124 -125. ISBN 0-8053-8566-5 (英语) .
^ Griffiths, David J. Introduction to Electrodynamics 3rd. Prentice Hall. 1998. ISBN 0-13-805326-X (英语) .
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^ Y. Chen, "General law of refraction" https://assets-eu.researchsquare.com/files/rs-4783430/v1_covered_eebd8628-fdf9-4366-bfaa-bef42f6128d5.pdf (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 )
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