隐失波

隐失波(英语:evanescent wave,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。


原理

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:{\displaystyle n_{1}\sin \theta _{i}=n_{2}\sin \theta _{t}}

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 {\displaystyle \theta _{i}} 使其大于临界角 {\displaystyle \theta _{c}},此时光波产生全内反射。

在光密介质 {\displaystyle n_{1}} 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 {\displaystyle n_{2}} ,电磁场会透出一段距离并沿着界面传播此即为隐失波。

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 {\displaystyle \delta _{z}} 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。

{\displaystyle \delta _{z}={\frac {\frac {\lambda }{2\pi }}{\sqrt {\left({\frac {n_{1}}{n_{2}}}\right)^{2}\sin ^{2}\theta _{i}-1}}}}

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

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。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。

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