Onde évanescente

Réalisation simple d'une onde évanescente dans du verre d'indice ${\displaystyle n_{l}}$ supérieur à l'indice ${\displaystyle n_{2}}$ de l'air.

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 ${\displaystyle \theta }$ est supérieur à l'angle d'incidence limite de réfraction ${\displaystyle \theta _{l}}$, défini par :

${\displaystyle \sin(\theta _{l})={\frac {n_{2}}{n_{1}}}}$

où ${\displaystyle n_{l}}$ et ${\displaystyle n_{2}}$ sont respectivement les indices de réfraction du verre et de l'air, soit le passage d'un milieu plus réfringent à un milieu moins réfringent.

Dans un tel cas, les calculs des coefficients de réflexion et de transmission montrent que toute l'intensité de l'onde incidente se retrouve dans l'onde réfléchie : dans le milieu d'indice ${\displaystyle n_{2}}$, 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.

Par ailleurs, ce schéma révèle une autre caractéristique de cette onde évanescente, qui peut être mise en évidence par la réalisation d'un rayon lumineux fin (${\displaystyle {\vec {k}}}$, vecteur d'onde moyen) en incidence sur la surface : le rayon réfléchi (${\displaystyle {\vec {k}}_{r}}$, vecteur d'onde moyen) est issu d'un point de la surface décalé par rapport au point d'impact : il s'agit de l'effet Goos–Hänchen.

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)

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