消逝波

消逝波（又稱表面波， 英文： Evanescent field）是指當光波在兩種介質產生全反射時發生的光學現象。消逝波又叫隱失波或者倏逝波，其幅值隨與分界面相垂直的深度的增大而呈指數形式衰減。

基本介紹

• 中文名：消逝波
• 外文名：Evanescent field

定義

一般來講， 當光波從光密介質入射到光疏介質時，如果入射角大於臨界角會產生全反射現象。 此時有光波雖然不能穿過兩種介質的臨界面， 但沿著臨界面平行的方向會產生光波，其電場及磁場的復振幅隨著遠離臨界面的距離的增大而呈現指數級的減小趨勢，這部分光波被稱為消逝波，或稱為表面波。

理論解釋

研究發現,物體受光波照射後,離開物體表面的光波分為兩種成份:一部分光向遠方傳播,這是傳統光學顯微鏡能接收的信息;而另一部分光波只能沿物體表面傳播,一旦離開表面就很快衰減。從幾何光學的角度來看,當發生全反射時,光會在玻璃界面上完全反射而不進入液體溶液中。實際上,由於波動效應,有一部分光的能量會穿過界面滲透到溶液中,平行於界面傳播。這部分光就是所謂的隱失波 。

隱失波還有另外一種解釋：對於一個有限大小的物體，其空間頻譜是無限延伸的。其中低頻分量為傳輸波分量，高頻分量為隱失波分量。即隱失波分量反映物體的細節信息，通過恢復物體的隱失波分量可以實現物體的亞波長成像。

全反射時，光波不是絕對在界面上被反射回第一介質，而是透入第二介質大約一個波長的深度，並沿著界面流過波長量級距離後重新返回第一介質，沿著反射光方向射出。這個沿著第二介質表面流動的波稱為隱失波，曾稱倏逝波。隱失波離開表面的衰減是呈指數形式的。

套用

隱失波在各個領域都有廣泛的套用。在光學上特別廣泛。全內反射螢光顯微鏡就是利用隱失波在離開界面的方向呈現指數衰減而開發的，大大減少了雷射照射深度，從而大幅度減少背景螢光干擾。

如果只有單片稜鏡，光線發生全反射。而使用兩片稜鏡，改變稜鏡間的空氣隙，則能改變分光的比例。同樣的原理，也可以在光纖的外層上加一光密物質從而取出光纖內數據。

方程推導

由於有n₁sinθ_i=n₂sinθ_t，且為全反射，因此可知sinθ_t>1，cosθ_t=√(1-sin²θ_t)=jΓ，其中j為虛數單位，Γ=√[(n₁sinθ_i/n₂)²-1]，Γ為一實數。

設入射光波的波動方程為E_i=E_iosexp[j(k_i·r-ωt)]，折射光波方程為E_t=E_iosexp[j(k_t·r-ωt)]，對於非全反射情況，由界面兩側的B，D，E，H的條件，可以推出k_i·r=k_t·r=k_xx+k_yy+k_zz，由於r為任意，從而得到k_isinθ_i=k_tsinθ_t，（波矢k=2π/λ=2πnν/c，所以這也就是從電磁波角度的光折射定律的推導，可以參考相關書籍，這裡不展開）

回到全反射情形，由於入射面為y=0平面，矢積k_i·r=k_ixsinθ_i+k_izcosθ_i=k_ixx+k_izz，k_t·r=k_txsinθ_t+k_tzcosθ_t=k_ixsinθ_i+jk_tzΓ=k_ixx+jk_tzΓ，代入折射光波方程E_t=E_iosexp[j(k_ixx+jk_tzΓ-ωt)]=E_iosexp(-k_tzΓ)exp[j(k_ixx-ωt)]，可見E_t的幅值與z呈指數遞減，而相位則只與x有關，因此隱失波一般不是橫波。