Brechung: Energiefluss, Tunneln und evaneszente EM-Wellen

Im Fall der vollständigen internen Reflexion, bei der wir eine gebrochene evaneszente Welle haben, könnten wir, wenn sich ein anderes Objekt in der Nähe befindet, ein Wellentunnelphänomen haben (frustrierte totale interne Reflexion). Ich suche nach einer Antwort, die alle meine folgenden Bedenken anspricht:

  1. Wie kann also die evaneszente Welle, die keine Nettoenergie überträgt, eine weitere Welle an der zweiten Grenzfläche erzeugen? Was passiert mit der Energieübertragung, bevor die evaneszente Welle die zweite Grenzfläche erreicht, und was passiert genau zu dem Zeitpunkt, zu dem sie sie erreicht? Fließt Energie spontan von einer Grenzfläche zur anderen, um die Welle an der zweiten Grenzfläche zu erzeugen?
  2. Ist eine evaneszente Lichtwelle eine stehende oder eine Wanderwelle?
  3. Wenn die abklingende Welle die zweite Grenzfläche erreicht und eine weitere Wanderwelle erzeugt, passiert dann etwas mit der reflektierten Welle der ersten Grenzfläche, um kein Problem mit der Energieerhaltung zu haben, oder gibt es kein solches Problem (und warum)? Und wenn etwas mit der reflektierten Welle passiert, passiert es spontan (wenn die Evaneszenz die zweite Grenzfläche erreicht)?
  4. Wenn Energie nicht durch die abklingenden Wellen übertragen wird, wie erregt dann ihre EM-Welle die Atome (oder Moleküle oder was auch immer) an der zweiten Grenzfläche?

HINWEIS: Ich denke, die evaneszente Welle ist eine Wanderwelle, die sich parallel zur Grenze zwischen den beiden Medien ausbreitet, aber ihre Wellenfronten fallen exponentiell ab. Bitte erleuchte mich.

Evaneszente Wellen sind Verallgemeinerungen von Blindenergie in einem Schaltkreis mit konzentrierten Elementen, und wenn Sie es in diesen Begriffen betrachten, ist es nicht überraschend, dass sie "an" oder "aus" gekoppelt werden können. Wenn Sie ein Hindernis in einem Wellenleiter platzieren, der sich nur in seinem Grundmodus ausbreiten kann, streut das Hindernis die einfallende Energie in drei Teile, einen reflektierenden Term, der sich rückwärts ausbreitet, und einen übertragenen Term, der sich vorwärts ausbreitet (beide befinden sich im Grundmodus) und a reaktive gespeicherte Energie, die um das Hindernis herum bleibt. Letzteres ist das "flüchtige" sich nicht ausbreitende Stück.

Antworten (1)

Also ja, wenn Sie den Poynting-Vektor (Energieflussdichte) berechnen, E → × H → , finden Sie für eine exponentiell abklingende evaneszente Welle tatsächlich einen zeitgemittelten Energiefluss von Null senkrecht zur reflektierenden Ebene. Fragen Sie Sie sagen, dies führt zu einem Rätsel – wie übertragen evaneszente Wellen Energie über Barrieren hinweg? Sicherlich wissen wir, dass sie Energie übertragen können.

Die einfache Antwort ist, dass der Fall der frustrierten Totalreflexion nicht durch eine einzige evaneszente Welle beschrieben wird, und daher trifft das, was ich gerade oben gesagt habe, nicht zu. Stattdessen ist die Welle innerhalb der Barriere eine Überlagerung von exponentiell abfallenden und exponentiell wachsenden Wellen.

Wenn Sie die Energieflussdichte für diese Gesamtwelle berechnen, finden Sie einen Wert ungleich Null! Das liegt an den „Wechselwirkungen“ der beiden Wellen, die für sich alleine keinen Energiefluss hätten. Da außerdem eine Welle exponentiell abfällt und eine exponentiell mit der gleichen Geschwindigkeit wächst, stellen Sie fest, dass die Energieflussdichte über die gesamte Barriere hinweg ein konstanter Wert ist. Die Energieeinsparung ist erfüllt und die Welt lebt noch einen Tag weiter.

(Mathe wurde dem Leser als Übung überlassen, weil ich faul bin.)

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