Un campo evanescente diminuisce esponenzialmente in una direzione spaziale definita. In una guida metallica sotto taglio si parla di decadimento assiale, mentre nel mantello di una guida ottica spesso è trasversale. Non esiste una lunghezza comune ai due casi, né l’evanescenza implica assenza di energia in ogni direzione.
1. Ampiezza e suo quadrato
Per la componente decrescente E(x) = E0e−αx, α ha unità m−1. La lunghezza di decadimento dell’ampiezza a 1/e è δ = 1/α; per il quadrato è 1/(2α).
| Distanza | Ampiezza relativa | Quadrato relativo |
|---|---|---|
| δ | 0,368 | 0,135 |
| 2δ | 0,135 | 0,0183 |
| 3δ | 0,0498 | 0,00248 |
Il quadrato dell’ampiezza non è automaticamente la potenza trasportata in qualsiasi direzione. Il flusso energetico è descritto dal vettore di Poynting, che coinvolge entrambi i campi elettrico e magnetico.
2. Guida metallica sotto taglio
In una guida rettangolare ideale con aria, β² = k0²−kc². Sotto taglio manca la normale onda progressiva con β reale; α = √(kc²−k0²).
Per TE10 in WR-90 con a = 22,86 mm a 5 GHz, kc = π/a e k0 = 2πf/c. Si ottengono α ≈ 88,9 m−1 e una lunghezza 1/e di circa 11,25 mm.
Il decadimento equivale a circa 0,772 dB/mm, non per micrometro. S21 di una parte finita con due transizioni non è determinato dal solo esponente. Per TE01 servono dimensioni e taglio propri, non un’attenuazione fissa a 10 GHz per ogni sezione.
3. Propagazione ottica e decadimento trasversale
Un modo dielettrico può propagarsi lungo l’asse mentre il campo fuori dal nucleo diminuisce nel mantello. Nel modello planare semplice α⊥ = √[β²−(nmantellok0)²].
Il campo nel mantello fa parte del modo guidato. La componente evanescente non significa che la luce non proceda lungo la guida.
Profondità di penetrazione e confinamento dipendono da indici, modo e lunghezza d’onda. Dal solo valore 1550 nm non derivano una profondità di 775 nm o una frazione fissa di energia confinata.
4. Accoppiamento e potenza risultante
Nel caso ideale di riflessione interna totale, una singola componente evanescente decrescente non porta potenza media netta nella direzione di decadimento. Lungo l’interfaccia può invece esserci trasporto.
Un conduttore vicino, una seconda guida o un assorbitore modificano i confini e possono consentire trasferimento energetico. Anche una sezione finita sotto taglio può accoppiare le estremità.
Contano separazione, accordo di fase, lunghezza d’interazione e profili modali. Dire che non trasferisce mai energia è troppo generale.
5. Applicazioni e misura
Questi campi sono usati in microscopia ottica di campo vicino, accoppiatori e sensori superficiali. Alle microonde sono importanti presso discontinuità, elementi di accoppiamento, risonatori e filtri.
Una sonda vicina può modificare il campo. Specifica modo, coordinata, perdite materiali, confini e superfici di misura. Due punti ravvicinati non definiscono l’efficienza completa.
Distinzioni essenziali
- Profondità di pelle nel metallo e decadimento nella cavità appartengono a modelli diversi.
- Ampiezza e quadrato hanno diverse lunghezze 1/e.
- Decadimento trasversale nel mantello non è blocco assiale.
- Scale ottiche nanometriche non si trasferiscono automaticamente alle microonde.
Riferimenti: RP Photonics su direzione e accoppiamento e dispersione nelle guide. Indica sempre in quale direzione il campo è evanescente.
