成像中的倏逝波与衍射极限

Posted 2020-12-26 wxl845235800

倏逝波：

倏逝波（Evanescent）又译作隐逝波，隐失波。

当光波入射介质表面时，一部分光发生反射,另一部分光波（倏逝波）只能沿物体表面传播，振幅在垂直界面方向指数衰减。

考虑到电磁场的连续性，电场和磁场不会在两介质的界面上突然中断。倏逝波的存在是必然的。

亚波长成像：

物体受光波照射后,离开物体表面的光波分为两种成份:一部分光向远方传播,这是传统光学显微镜能接收的信息;而另一部分光波只能沿物体表面传播,一旦离开表面就很快衰减。

从几何光学的角度来看,当发生全反射时,光会在玻璃界面上完全反射而不进入液体溶液中。实际上,由于波动效应,有一部分光的能量会穿过界面渗透到溶液中,平行于界面传播。这部分光就是所谓的倏逝波 。

对于一个有限大小的物体，其空间频谱是无限延伸的。其中低频分量为传输波分量，高频分量为倏逝波分量。即倏逝波分量反映物体的细节信息，通过恢复物体的倏逝波分量可以实现物体的亚波长成像。

全反射中的倏逝波：

倏逝波，是指当光波从光密介质入射到光疏介质时，发生全反射而光疏介质一侧所产生的一种电磁波。

由于其振幅随与分界面垂直的深度的增大而呈指数形式衰减，而随切线方向改变相位，因此也是一种表面波。

倏逝波是近场的，强度随着呈指数衰减的，没有被吸收的，其解是距边界的距离x的函数。渐逝波作为波动方程的解，可以运用于任何波动方程。形成于两种拥有不同的波动性质的介质的边界上。在距离表面三分之一波长的距离下最为强烈。

特别的，倏逝波可以发生在除了光学的其它情况下，如电磁辐射、声学、机械波的情况下。

 

全反射时，光波不是绝对在界面上被反射回第一介质，而是透入第二介质大约一个波长的深度，并沿着界面流过波长量级距离后重新返回第一介质，沿着反射光方向射出。

这个沿着第二介质表面流动的波称为倏逝波。倏逝波离开表面的衰减是呈指数形式的。

 

在光密介质n1内，反射波与入射波干涉，在界面附近形成驻波，而极小部分的能量会渗入光疏介质 n2，电磁场会透出一段距离并沿着界面传播此即为倏逝波。

 

一般来讲， 当光波从光密介质入射到光疏介质时，如果入射角大于临界角会产生全反射现象。 此时有光波虽然不能穿过两种介质的临界面， 但沿着临界面平行的方向会产生光波，其电场及磁场的复振幅随着远离临界面的距离的增大而呈现指数级的减小趋势，这部分光波被称为消逝波，或称为表面波。

 

当光由光密介质射向光疏介质发生全反射时，入射光的能流并不是在介质面上只进行了全反射，而是穿入光疏介质一定深度后实现全反射的，

从几何光学观点来看，入射光束不是直接在入射点处全反射的，而是稍微进入第二光疏介质后再返回光密介质，也就是说入射光在界面发生了一微小横向位移才返回光密介质。

 

 

 

 

倏逝波不止存在于全反射中：

倏逝波并非只存在于全反射的时候发生。

只要光照在微细结构上都会有倏逝波产生。倏逝波中包含了被照明微小物体的高频信息，只有在微小物体表面很近的地方用专用的仪器才能探测到。

比如扫描探针。扫描近场光学显微镜（SNOM）就是利用隠失场探测来达到超高的分辨率。

 

【参考文献】

消逝波_百度百科 https://baike.baidu.com/item/%E6%B6%88%E9%80%9D%E6%B3%A2/5576982

倏逝波_百度百科 https://baike.baidu.com/item/%E5%80%8F%E9%80%9D%E6%B3%A2/1135334?fr=aladdin

菲涅耳公式_百度文库 https://wenku.baidu.com/view/e9e3f269cc7931b764ce1516.html

光学倏逝波是怎么一回事_百度知道 https://zhidao.baidu.com/question/370795689.html

光学中的隐失波只有在全反射的时候发生的吗_百度知道 https://zhidao.baidu.com/question/244857831.html