Эффект Гуса – Хенхена - Goos–Hänchen effect

Диаграмма лучей, иллюстрирующая физику эффекта Гуса – Хэнхена

В Эффект Гуса – Хенхена (названный в честь Герман Фриц Густав Гус (1883 – 1968)^[1] и Хильда Хэнхен (1919-2013) - это оптическое явление в котором линейно поляризованный свет претерпевает небольшой боковой сдвиг, когда полностью внутренне отраженный. Смещение перпендикулярно направлению распространения в плоскости, содержащей падающий и отраженный лучи. Этот эффект является аналогом линейной поляризации Эффект Имберта – Федорова..

Этот эффект возникает из-за того, что отражения луча конечного размера будут интерферировать вдоль линии, поперечной среднему направлению распространения. Как показано на рисунке, суперпозиция двух плоских волн с немного разными углами падения, но с одинаковой частотой или длиной волны определяется выражением

${displaystyle mathbf {underline {E}} (x, z, t) = mathbf {underline {E}} ^ {TE / TM} left (e ^ {jmathbf {k} _ {1} cdot mathbf {r}} + e ^ {jmathbf {k} _ {2} cdot mathbf {r}} ight) cdot e ^ {- jomega t}}$

куда

${displaystyle mathbf {k} _ {1} = kleft (cos {left (heta _ {0} + Delta heta ight)} mathbf {hat {x}} + sin {left (heta _ {0} + Delta heta ight) } mathbf {шляпа {z}} ight)}$

и

${displaystyle mathbf {k} _ {2} = kleft (cos {left (heta _ {0} -Delta heta ight)} mathbf {hat {x}} + sin {left (heta _ {0} -Delta heta ight) } mathbf {шляпа {z}} ight)}$

с

${displaystyle k = {egin {matrix} {frac {omega} {c}} end {matrix}} n_ {1}}$.

Можно показать, что две волны создают интерференционную картину, поперечную к среднему направлению распространения,

${displaystyle mathbf {k} _ {0} = kleft (cos {heta _ {0}} mathbf {hat {x}} + sin {heta _ {0}} mathbf {hat {z}} ight)}$

и на интерфейсе вдоль ${displaystyle (y, z)}$ самолет.

Обе волны отражаются от поверхности и претерпевают разные фазовые сдвиги, что приводит к боковому смещению конечного луча. Следовательно Эффект Гуса – Хенхена это явление когерентности.

Этот эффект продолжает оставаться темой научных исследований, например, в контексте приложений нанофотоники. Отрицательный Сдвиг Гуса – Хенхена был показан Уайлдом и Джайлсом.^[2] Чувствительное обнаружение биологических молекул достигается на основе измерения сдвига Гуса – Хэнхена, когда сигнал бокового изменения находится в линейной зависимости от концентрации целевых молекул.^[3] Работа Мерано и др.^[4] экспериментально исследовал эффект Гуса – Хенхена для случая отражения оптического луча от металлической поверхности (золота) на длине волны 826 нм. Они сообщают о значительном отрицательном боковом смещении отраженного луча в плоскости падения для p-поляризации и меньшем положительном смещении для s-поляризации.

Рекомендации

• Фредерик де Форнель, Эванесцентные волны: от ньютоновской оптики до атомной оптики, Springer (2001), стр. 12–18.
• Ф. Гус и Х. Хэнхен, Ein neuer und фундаментальный Versuch zur Totalreflexion, Анна. Phys. (436) 7–8, 333–346 (1947). Дои:10.1002 / andp.19474360704
• М. Дельгадо и Э. Дельгадо, Оценка установки полного отражения с помощью геометрической модели интерфейса. Optik - Международный журнал световой и электронной оптики, Volume 113, Number 12, March 2003, pp. 520–526 (7).