Totalreflexion und evaneszente Welle in Einklang bringen

Ich verstehe, dass Licht in einem dielektrischen Wellenleiter durch Totalreflexion geführt wird. Meine Frage bezieht sich auf den Ursprung der Kraft, die in dem evaneszenten Feld enthalten ist, das sich entlang der Ausbreitungsrichtung bewegt.

Aus der Fresnel-Gleichung erhalten wir, dass der Reflexionskoeffizient %100 für Winkel größer oder gleich dem kritischen Winkel ist, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass keine Leistung von Medium 1 zu Medium 2 übertragen wird.

Aus der Theorie der dielektrischen Wellenleiter wissen wir jedoch, dass in Medium 2 etwas Leistung enthalten ist, und wir definieren den Einschlussfaktor, der ein Maß für die im Kern des Wellenleiters eingeschlossene Leistung im Vergleich zu der im evaneszenten Feld enthaltenen Leistung ist. Der Begrenzungsfaktor ist wie folgt definiert:

Γ = ∫ − L X / 2 L X / 2 | E X | 2 D X ∫ − ∞ ∞ | E X | 2 D X

Daher ist meine Frage, wie die beiden Tatsachen, dass keine Energie in Medium 2 übertragen wird, und die Existenz von Energie in Medium 2, die von der abklingenden Welle getragen wird, in Einklang gebracht werden können.

Weitere Informationen und Links finden Sie auf der Wikipedia-Seite für TIR (Total Internal Reflection) im Abschnitt FTIR (frustrierte TIR). Viel Glück!

Antworten (1)

Es ist ein "Tunneling"-Verhalten. Tatsächlich wird das gesamte Licht in das Medium "zurückgezogen", es sei denn , es gibt einen anderen Körper mit hohem Index (weit höher als der N 1 = 1 ) Material innerhalb der von der evaneszenten Welle zurückgelegten Strecke. Wenn dieses Material nahe genug ist, befindet sich der Teil der evaneszenten Welle, den Sie als Wahrscheinlichkeitswelle betrachten können, in einem Bereich, in dem sich das Licht selbst wieder manifestieren kann (weil N 1 A N D N 3 so sind, dass bei dem vorhandenen Einfallswinkel keine Totalreflexion zwischen diesen beiden Materialien auftritt).

Es wird also keine Leistung von Medium 2 übertragen , aber die Wellenfunktion ist dort immer noch ungleich Null.

Die gleiche Mathematik, die das Tunneln von Elektronen aus Quantentöpfen regelt, funktioniert hier übrigens genauso gut

bearbeiten :

Ich hätte schreiben sollen, dass senkrecht zur Schnittstelle kein Strom übertragen wird. Wie mehrere Kommentare zeigen, kann Energie parallel zur Grenzfläche in Medium 2 transportiert werden, wie dies beim Mantel von Glasfasern der Fall ist.

Beim "Zurückziehen" stellt sich heraus, dass innerhalb des Mediums 2 zwar Leistung übertragen wird , die Ausbreitungsrichtung aber parallel zur Oberfläche ist. Es gibt keine gebrochene Welle, die sich in Medium 2 ausbreitet.
@garyp guter Punkt. Das hätte ich deutlicher machen sollen.
Sie können den Poynting-Vektor tatsächlich in die abklingende Richtung integrieren und erhalten Null ...
Wenn das Material nahe genug ist und die evaneszente Welle es erreicht und eine weitere gebrochene Welle an der zweiten Grenze erzeugt, wie kann dann keine Energie durch das evaneszente im zweiten Medium übertragen werden, da es eine Welle im dritten Medium erzeugt (erzeugt Energieausbreitung ohne dort Energie übertragen?)?
Ich denke, es ist nicht wahr zu schreiben "es wird kein Strom durch Medium 2 übertragen". AFAIK sogar die Verkleidung trägt einen Teil der Energie. Der Unterschied besteht darin, dass sich in einer idealen Faser (dh gerade, glatt, verlustfrei, dick ummantelt) die Energie nur entlang ihrer Achse ausbreitet und nicht vom Kern zum Mantel. Mit anderen Worten, sobald die evaneszente Welle existiert, entzieht sie dem geführten Modus keine Energie , obwohl sie sich außerhalb des Kerns befindet.
(Beachten Sie, dass z. B. Oberflächenplasmonen in Wirklichkeit zwei sandwichartige evaneszente Wellen sind - und sie offensichtlich viel Energie entlang der Grenzfläche transportieren.)
@Carl Witthoft Können Sie auf Quellen verweisen, in denen es theoretisch bewiesen ist? Vielen Dank im Voraus!
@MsTais Ich bin mir nicht sicher, wonach Sie fragen. Jedes Lehrbuch zur Quantenoptik oder Einführung in Wellenleiter sollte die theoretischen Grundlagen haben.
Totalreflexion und evaneszente Welle in Einklang bringen
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