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

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

и

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

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

1. de: Fritz Goos
2. Уайлд, Уолтер Дж .; Джайлз, К. Ли (1982). «Гус-Хенхен уходит от поглощающих СМИ» (PDF). Физический обзор A. 25 (4): 2099–2101. Bibcode:1982PhRvA..25.2099W. Дои:10.1103 / Physreva.25.2099.
3. Jiang, L .; и другие. (2017). «Многофункциональная гиперболическая метаповерхность с наноканавками для субмолекулярного обнаружения». Маленький. 13 (30): 1–7. Дои:10.1002 / smll.201700600. PMID  28597602.
4. М. Мерано; А. Айелло; Г. В. Т Хоофт; М. П. ван Экстер; Э. Р. Элиэль; Дж. П. Вурдман (2007). «Наблюдение за сдвигами Гуса-Хенхена в металлическом отражении». Оптика Экспресс. 15 (24): 15928–15934. arXiv:0709.2278. Bibcode:2007OExpr..1515928M. Дои:10.1364 / OE.15.015928. PMID  19550880. S2CID  5108819.

• 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).