衰逝波
衰逝波
evanescent wave
一种沿介质界面传播的、振幅在垂直于界面的方向上随离界面的距离迅速衰减的电磁波。衰逝波属等相面与等幅面不重合的非均匀波。理论证明，当光在光密-光疏界面上全反射时，光疏介质中沿界面法线的平均能流密度为零，即没有能量向光疏介质的深层传播；但光疏介质中沿表面的平均能流密度不为零，即有能量沿光疏介质的表面层传播，其振幅随进入光疏介质的深度而作指数衰减。此即最常见的衰逝波(衍射光栅后部也存在类似的衰逝波)。图1中用箭头表示衰逝波的传播方向，箭头的长短表示衰逝波的振幅大小。衰逝波只能存在于厚度约为数个波长的表面层内，超过这范围，其振幅就衰减到可忽略不计。若不考虑光疏介质对光的吸收和放射等原因造成的能量损失，并且光疏介质的厚度足够大(大于衰逝波存在的范围)，则衰逝波能量最终将全部返回光密介质(全反射)。
若光疏介质中存在逆向传播的衰逝波，则根据光的可逆性原理，在光密介质中将有普通均匀波（等相面与等幅面重合的波)沿原入射光的反方向传播(图1中以虚线表示)。假如光疏介质的厚度d足够小(小于衰逝波存在的范围)，则部分衰逝波将通过界面B转换成在第三介质中传播的均匀波(图2)。n1＝n3时，有θi＝。 由于入射能量部分地向第三介质传播，在界面A上的全反射遭到抑制，故称受抑全反射。这种在全反射条件下，入射波能穿透第二介质向第三介质传播的现象类似于量子力学中的隧道效应，故亦称光学隧道效应。
产生受抑全反射时，穿透波及反射波的能量强烈地依赖于第二介质的厚度d及其折射率n2。d愈小，将有更多的衰逝波能量转换成穿透波能量，从而使反射波能量变得更弱。n2的大小也会影响反射波的强度。利用这一特性可把第二介质的参量(d和n2)变化变换成反射光的光强变化，这使我们有可能利用受抑全反射来检验光学表面的平整度或考察透明膜的折射率分布(相幅转换)。
受抑全反射的另一重要应用是制造棱镜-薄膜耦合器。平面型光学波导是集成光学器件中的基本元件，所涉及的基本问题之一是如何把激光束能量耦合到光学波导中，或反过来从光学波导中将能量耦合出来。直接耦合的效率一般只有10%～20%。1969年出现了棱镜-薄膜耦合器，其基本原理是受抑全反射。如图3所示，光在棱镜-空气界面上全反射时，在很薄的空气隙中产生衰逝波，而在空气-薄膜界面上又将衰逝波转换成薄膜中的均匀波。这种耦合装置的耦合区域大，能量损失小，耦合效率可达80%左右。由光的可逆性原理，同样装置可用来把薄膜波导中的能量耦合出来。