Onde évanescente

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Une onde évanescente est une onde plane dont l'amplitude diminue exponentiellement avec la distance à la source.

Les ondes évanescentes apparaissent de façon générale comme des solutions possibles des équations de Maxwell en présence d'interfaces, planes ou non. Elles font partie d'un type très général de solutions dites de champ proche, dont on trouve maintes applications dans les technologies qui leur sont liées : les microscopies de champ proche.

Une réalisation élémentaire peut être obtenue à partir d'un simple dioptre verre-air dans le cas d'une onde incidente dont l'angle d'incidence \theta est supérieur à l'angle d'incidence limite de réfraction \theta_{l}, défini par :

\sin(\theta_{l})=\frac{n_2}{n_1}

n_{l} et n_{2} sont les indices de réfraction du verre et de l'air, respectivement (passage d'un milieu plus réfringent à un milieu moins réfringent).

Réalisation simple d'une onde évanescente

Dans un tel cas, les calculs des coefficients de réflexion et transmission montrent que toute l'intensité de l'onde incidente se retrouve dans l'onde réfléchie : dans le milieu d'indice n_{2} l'énergie de l'onde électromagnétique ne se propage pas dans la direction normale à la surface (ie vers le bas, sur le schéma). Plus précisément, il s'avère que la densité d'énergie de l'onde dans ce milieu décroît exponentiellement à partir de la surface, et, ce, d'autant plus rapidement que l'angle d'incidence s'éloigne, en croissant, de l'angle limite de réfraction. Sous la surface l'onde s'évanouit.

Cette nature évanescente de l'onde peut être mise en évidence en plaçant délicatement dans le milieu inférieur un capteur qui viendra frustrer l'onde. Le phénomène se manifestera, par exemple, en observant la diminution de l'intensité réfléchie, au fur et à mesure que le capteur se rapproche de la surface, à partir du bas : cette décroissance est pratiquement exponentielle, en fonction de la distance à l'interface.

Le schéma révèle un autre trait de cette onde évanescente qui peut être mis en évidence par une réalisation d'un rayon lumineux fin (\vec{k}, vecteur d'onde moyen) en incidence sur la surface : le rayon réfléchi (\vec{k}_{r}, vecteur d'onde moyen) est issu d'un point de la surface décalé par rapport au point d'impact. Il s'agit du déplacement de Goos-Hanschen.

Dans certains cas l'onde peut être évanescente de chaque côté de l'interface et elle se propage donc simplement le long de celle-ci. Ces ondes de surface se rencontrent dans différents domaines de la physique. Voir l'article Plasmon de surface.



Simulation du phénomène d'onde évanescente réalisée à partir du logiciel Octave et au programme Fieldoctave (https://www.jeos.org/index.php/jeos_rp/article/view/10025)