2011年：表面电磁波与表面等离子波的进展与应用

本文主要探讨了表面电磁波（Surface Waves, SW）和表面等离子波（Surface Plasma Waves, SPW）这两种在电磁学领域的重要概念。表面波最初由A. Sommerfeld在1899年提出，他指出TM型表面波能够在具有有限电导率的无限长圆柱导线中传输。1909年，Sommerfeld进一步扩展研究，处理了非辐射型表面波，这些波不产生辐射能量，而是局限于特定的媒介边界。 表面等离子波起源于金属与电介质的界面，自1957年以来逐渐受到关注。其特性是波在界面两侧呈现消失态，这意味着波场强度在该处趋近于零。与表面波不同，SPW只在电介质与导体（如金属膜）交界处传播，且要求界面两侧的介电常数异号，通常通过电介质一侧与金属一侧配合实现。在金属中，大量的自由电子作为高密度电子气体会形成SPW，通过金属内部传播。 SPW的电磁场特性独特，其强度在界面上达到最大，垂直于表面的方向上呈现出指数衰减，这一特点与表面波类似。黄志沟和曾诚在1991年提出了一种通用特征方程，用于描述圆柱导体内外有电介质层的情况，从而区分出三种传播模式：内模、界面模和表面模，其中界面模对应于表面波，而表面模则是表面等离子波的体现。 近年来，基于金属表面全反射衰减的ATR光谱学作为一门新兴学科得到了发展，它是利用体电磁波（Volume Electromagnetic Waves, VEMW）通过共振激发SPW的技术。常见的实验实施方法包括 Otto方式（棱镜-空气-金属）和 Kretschmann方式（棱镜-全局-空气）。本文重点讨论了棱镜SPW技术在测量金属膜的介电常数ε和厚度d的应用，这对于材料科学、光学和纳米技术等领域具有重要意义。 本文深入解析了表面电磁波与表面等离子波的理论基础、传播特性和实际应用，为理解这些复杂电磁现象及其在现代科学技术中的作用提供了有价值的知识。