zum Directory-modus

Optische Grundlagen zur Sensorik

Das evaneszente Feld

Goos und Hänchen stellten in Experimenten zur Totalreflexion fest, dass der reflektierte Strahl nicht am Ort des Auftreffens, sondern erst etwas versetzt zurückläuft.

Mit der Annahme, dass das Licht etwas in das optisch dünnere Medium eindringt, lässt sich dies mit Hilfe der geometrischen Optik verdeutlichen.

Abb.1

Offenbar fällt das elektromagnetische Feld der totalreflektierten Welle an der Grenzfläche nicht abrupt auf Null ab. Das folgt aus den Stetigkeitsbedingungen für das elektromagnetische Feld bei Totalreflexion vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium. Für θ < θ Grenz entsteht eine entlang der Grenzfläche propagierende Welle, die exponentiell mit der Eindringtiefe gedämpft wird. Diese Welle im optisch dünneren Medium wird als evaneszentes Feld bezeichnet. Der Abklingfaktor beschreibt, wie weit das evaneszente Feld in das optisch dünnere Medium eindringt:

exp 2 π λ 0 n1 2 sin 2 θ 1 n2 2 z

Dies heißt, dass das elektromagnetische Feld also keinesfalls im optisch dichteren Medium vollständig verschwindet, nur strömt keine Energie über - durch die Grenzfläche hindurchtretende Energie strömt direkt wieder zurück. Gibt man der Strahlungsenergie allerdings innerhalb der Eindringtiefe die Möglichkeit zur Wechselwirkung, kann sie zurückgehalten werden, z.B. durch Absorption, Anregung von Fluoreszenz oder durch ein weiteres Prisma oder einen Wellenleiter, in dem das Licht propagieren kann. Man bezeichnet dies als abgeschwächte Totalreflexion bzw. frustrierte Totalreflexion.

Die Eigenschaften des Evaneszentfeldes lassen sich durch maßgeschneiderte Oberflächen und Wellenleiter-Durchmesser für die jeweilige Anwendung optimieren. Im Wellenleiter klingt das Evaneszentfeld umso schneller ab, je kleiner die Modenzahl im Wellenleiter ist, und je größer der Brechungsindex-Unterschied zwischen Kern und Umgebung ist.

Seite 5 von 13