漸逝波(英語:evanescent wave[1][2][3],又稱為隱失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側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數形式衰減,而隨切線方向改變相位,因此也是一種表面波。[4]漸逝波是近場的,強度隨着呈指數衰減的,沒有被吸收的,其解是距邊界的距離x的函數。漸逝波作為波動方程式的解,可以運用於任何波動方程式。形成於兩種擁有不同的波動性質的介質的邊界上。在距離表面三分之一波長的距離下最為強烈[需要解釋]。特別的,漸逝波可以發生在除了光學的其它情況下,如電磁輻射、聲學、機械波的情況下。也許是因為所有的物理量在物理界面附近是漸變的,而不是突變, 即對於物理量而言,介質之間不是一個簡單的界面,而是一個過渡層[5]。倏逝波反應了物理量在過渡層中的變化規律。它更類似於駐波,而不是行波。

「Evanescent wave」的各地常用譯名
中國大陸隱失波、消散波、倏逝波、暈失波、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。

原理

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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則折射角由斯涅耳定律(Snell’s law)可得為θt,可由以下數學式表示[6] 

接着改變入射角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,接着繼續增加入射角   使其大於臨界角  ,此時光波產生全內反射

在光密介質   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   ,電磁場會透出一段距離並沿着介面傳播此即為漸逝波。[7]

漸逝波的強度是隨着與介面傳播的距離成指數衰減的關係,透出一小段距離   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]

 

採用受抑全內反射的方法可以探測該漸逝波的衰減程度,因此其可用來測量兩表面間的距離,進而得知上下兩表面的共同粗糙度。

應用

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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

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參考文獻

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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 (英語). 
  2. ^ 2.0 2.1 Hecht, Eugene. Optics 4th. United States of America: Addison Wesley. 2002: 124-125. ISBN 0-8053-8566-5 (英語). 
  3. ^ Griffiths, David J. Introduction to Electrodynamics 3rd. Prentice Hall. 1998. ISBN 0-13-805326-X (英語). 
  4. ^ Bennett, Charles A. Principles of Physical Optics 1st. Wiley. 2008 (英語). 
  5. ^ Y. Chen, "General law of refraction" https://assets-eu.researchsquare.com/files/rs-4783430/v1_covered_eebd8628-fdf9-4366-bfaa-bef42f6128d5.pdf頁面存檔備份,存於互聯網檔案館
  6. ^ Paul Lorrain; Dale P. Corson. Electromagnetic Fields and Waves 3rd. New York: W. H. Freeman and Company. 1988: 557. ISBN 0-7167-1869-3 (英語). 
  7. ^ John R. Reitz; Frederick J. Milford. 18. Foundations of Electromagnetic Theory Fourth. Addison-Wesley Publishing Company. 1993. ISBN 0-201-52624-7 (英語). 
  8. ^ Wangsness, Roald K. Electromagnetic Fields 2nd. John Wiley and Sons. 1986. ISBN 0-471-85912-5 (英語). 
  9. ^ 郁道銀; 談恆英. 工程光學基礎教程. 2010: 205. ISBN 978-7-111-21292-8.