2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение05.07.2018, 17:57 


23/12/07
1680
Подскажите, пожалуйста, где в наиболее полном виде изложена информация о волне, которую в англоязычной литературе называют evanescent wave, а в русскоязычной ее существование в большинстве случаев обходят стороной, либо ограничиваются парой слов.
Меня, например, интересует, что будет, если на пути этой волны появится граница раздела - отразится/преломится ли эта волна (и станет опять "обычной")?
Почему нет нарушения закона сохранения (в тех источниках, что я видел - в одном говорят, что-то вроде "в среднем поток энергии равен нулю" (Борн. "Оптика"), либо об эффекте задержки выхода полной отраженной волны (Матвеев. "Оптика")).

Спасибо.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение20.07.2018, 16:14 
Аватара пользователя


27/03/14
1091
Если я не ошибаюсь, то по-русски это называется неоднородными волнами, у которых направление затухания не совпадает с направлением распространения фазы, то есть $\mathbf{k}=\mathbf{k}_1+i\mathbf{k}_2$. Могу посоветовать

Ф.И. Федоров Оптика анизотропных сред
Ф.И. Федоров Отражение и преломление света прозрачными кристаллами

здесь про неоднородные волны много написано.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение20.07.2018, 17:33 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


31/01/14
9870
Hogtown
_hum_ в сообщении #1324679 писал(а):
если на пути этой волны

У этих волн нет пути, поскольку они не распространяются, а просто возникают там, куда падает обычная волна и не возникает обычное количество обычных волн.

Пример: рассматривается волновое уравнение и есть граница раздела. Тогда падающая волна должна распасться на отраженную волну (никаких проблем) и переломленную волну; и вот угол последней определяется по правилу Снелла. Естественно, если правило дает "синус больше 1", такой волны нет, и чтобы удовлетворить 2м граничным условиям требуется дополнительная волна, и она возникает. Если падающая волна была в виде
$e^{i(\omega t + k_1 x+k_2y)}$ ($y>0$), а граница $y=0$, то отраженная $e^{i(\omega t + k_1 x-k_2y)}$ ($y>0$), а переломленная $e^{i(\omega t + k_1 x+k'_2y)}$ ($y<0$), a если подходящего вещественного $k'_2$ нет, то возникает та самая в форме $e^{i(\omega t + k_1 x)+k''_2y}$,  $k_2''>0$.

Другой пример: однородная изотропная система упругости (и среда одна, но с границей). Там есть два типа обычных волн: продольные (сжатия-расширения, compression waves) и поперечные (sheer waves, более медленные). Внутри они распространяются независимо, а вот при отражении возникает также волна другого типа. Если при отражении поперечной волны Снелл дает синус >1 для отраженной продольной, то опять таки...

Ну и еще сложнее, когда имеются две упругих среды и граница раздела между. Там в каждой среде существует по два типа волны, и запрещенных волн может быть 0--3.

Есть еще в упругости волны Рэлея, они действительно поверхностные волны, и они действительно распространяются.

fronnya в сообщении #1327903 писал(а):
Ф.И. Федоров Оптика анизотропных сред
Ф.И. Федоров Отражение и преломление света прозрачными кристаллами

Это другое и реально сложнее. Там может быть "коническая рефракция"

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение20.07.2018, 19:13 
Аватара пользователя


27/03/14
1091
Red_Herring в сообщении #1327921 писал(а):
Там может быть "коническая рефракция"

Не очень понял, при чем здесь коническая рефракция? Там есть один такой параграф, но там рассматриваются незатухающие однородные волны. В этой книге просто рассмотрены различные граничные задачи, в том числе и с неоднородными волнами. Ну... мне ли вам это рассказывать. Я так понимаю, вы с этими книгами знакомы :D

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение20.07.2018, 20:56 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


31/01/14
9870
Hogtown
fronnya в сообщении #1327937 писал(а):
Я так понимаю, вы с этими книгами знакомы

Нет не знаком. Но я знаком с тематикой. Коническая рефракция возникает в кристаллоптике именно из-за неизотропности кристаллов.

Но важно то, что эти волны, которые вы называете неоднородными на самом деле это решения типа пограничного слоя, глубина которого обратно пропорциональна частоте. И они живут только там, куда падают обычные волны. В отличие от волн Рэлея в упругости, которые тоже решения типа пограничного слоя, глубина которого обратно пропорциональна частоте, но они распространяются и никак не связаны с обычными волнами.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение21.07.2018, 01:16 
Заслуженный участник


07/07/09
5316
По-моему вопрос не об "обыкновенных" и "необыкновенных" лучах из раздела кристаллооптики, а о суперлинзе, работающей на "исчезающих " лучах.
Ссылки есть тут
https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Веселаго,_Виктор_Георгиевич
Позже в УФН была пара статей . Чтобы суперлинза хорошо работала , какие-то постоянные метаматериала должны быть согласованы. В оптике это не получается.
Полное внутреннее отражение приводят как пример исчезающих лучей. Да, если такой исчезающий луч попадёт в стекляшку , расположенную на расстоянии порядка длины волны от первой, то он пойдёт дальше, как обычный ослабленный луч света.
Это ослабление можно использовать для измерения зазора между стеклами.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение21.07.2018, 10:53 
Аватара пользователя


27/03/14
1091
Red_Herring в сообщении #1327948 писал(а):
Коническая рефракция возникает в кристаллоптике именно из-за неизотропности кристаллов

Ну это не должно было испугать ТС'а, потому что коническая рефракция это слишком специфичный случай для обсуждаемой здесь темы. Она возникает (если речь о прозрачных кристаллах) в двуосных кристаллах, когда фаза волны распространяется вдоль одной из оптических осей. Можно просто не рассматривать этот случай. Да и у Федорова она не рассматривается для неоднородных волн. К тому же, в этих книгах (особенно в первой) детально рассматриваются неоднородные волны и в изотропных средах.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение23.07.2018, 13:38 
Заслуженный участник


07/07/09
5316
Про суперлинзу

(Оффтоп)

Цитата:

. Дифракционный предел для линз с отрицательным показателем преломления. Электромагнитные волны любых источников излучающих атомов, радиоантенн или пучка света, после прохождения через маленькое отверстие создают два разных типа полей: дальнее и ближнее поле. Дальнее поле, на что указывает его название, наблюдается вдали от объекта и улавливается линзой, формируя изображение объекта. К сожалению, это изображение содержит только грубую картину объекта, в которой дифракция ограничивает разрешение величиной длины волны. Ближнее поле содержит все мельчайшие детали объекта, но его интенсивность быстро падает с расстоянием. Линзы с положительным преломлением не дают никакого шанса на перехват чрезвычайно слабого ближнего поля и передачу его данных в изображение. Однако это не так для линз с отрицательным преломлением. Подробно исследовав, как ближние и дальние поля источника взаимодействуют с линзой Веселаго, Пендри в 2000 г. к всеобщему удивлению пришел к заключению, что линза, в принципе, может фокусировать как ближние, так и дальние поля. Если бы это ошеломляющее предсказание оказалось верным, это означало бы, что линза Веселаго, в отличие от всей другой известной оптики, не подчиняется дифракционному пределу. Поэтому плоскую структуру с отрицательным преломлением назвали суперлинзой Разрешение суперлинз. Разрешение суперлинзы ограничено качеством ее материала с отрицательным преломлением. Для лучшей работы требуется не только чтобы показатель преломления n был равен 1, но также чтобы ε и μ оба были равны 1. Линза, у которой эти условия не выполняются, имеет резко ухудшенное разрешение. Одновременное выполнение этих условий очень серьезное требование. Но в 2004 г. Энтони Грбич и Джордж Элефтериадес из Университета Торонто экспериментально показали, что метаматериал, построенный так, чтобы иметь ε = 1, и μ = 1 в диапазоне радиочастот, действительно может разрешить объекты в масштабе меньшем, чем дифракционный предел. Их результат доказал, что суперлинзу можно построить, но можно ли ее создать для еще более коротких оптических длин волн? Сложность масштабирования метаматериалов в область оптических длин волн имеет две стороны. Прежде всего, металлические проводящие элементы, образующие микросхемы метаматериала, типа проводников и колец с разрезом, нужно уменьшить до масштаба нанометров, чтобы они были меньше, чем длина волны видимого света ( нм). Во вторых, короткие длины волн соответствуют более высоким частотам, а металлы на таких частотах обладают худшей проводимостью, подавляя таким образом резонансы, на которых основаны свойства метаматериалов. В 2005 г. Костас Соуколис из университета штата Айова и Мартин Вегенер из университета Карлсруэ в Германии экспериментально продемонстрировали, что можно сделать кольца с разрезами, которые работают при длинах волн всего 1,5 мкм. Несмотря на то, что при столь малых длинах волн резонанс на магнитной компоненте поля становится весьма слабым, с такими элементами все еще можно сформировать интересные метаматериалы. Но пока еще затруднительно изготовить материал, который при длинах волн видимого света приводит к μ = 1.

https://docplayer.ru/426594-Metamateria ... eniya.html

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение23.07.2018, 13:49 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72408
В такой области, экспериментальные результаты 2005 года - невероятное старьё. Нужно искать что-то 2015 года.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение23.07.2018, 15:47 
Заслуженный участник


20/08/14
7110
Россия, Москва
Xey
вики писал(а):
В начале 2007 года было заявлено о создании метаматериала с отрицательным показателем преломления в видимой области. У материала показатель преломления на длине волны 780 нм был равен −0,6 [13].
[13] Kerry Gibson. Metamaterials found to work for visible light (англ.). EurekAlert! Science News (4 January 2007).
Ну и ещё несколько новостных ссылок найденных гуглом за последние 3 года: 1, 2, 3, 4, пруфы есть в самих статьях.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полное внутреннее отражение. Evanescent wave
Сообщение23.07.2018, 19:43 
Заслуженный участник


07/07/09
5316
Dmitriy40 в сообщении #1328344 писал(а):
В начале 2007 года было заявлено о создании метаматериала с отрицательным показателем преломления в видимой области.
Из приведенной выше цитаты, суперлинза хорошо работает, когда и электрическая, и магнитная проницаемость равны $-1$.


Dmitriy40 в сообщении #1328344 писал(а):
Ну и ещё несколько новостных ссылок
В них есть ближнепольный микроскоп. Это лучше, чем сканировать объект заостренным волокном, но это не обещанная суперлинза.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 11 ] 

Модераторы: photon, Aer, whiterussian, Jnrty, profrotter, Парджеттер, Eule_A, Pphantom, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group