浸透深さ

浸透深さとは、光やその他の電磁波が物質内部にどれだけ深く浸透できるかを示す尺度です。これは、物質内部における放射線の強度が、表面（より正確には、表面直下）における元の値の1/ e （約37%）に低下する深さとして定義されます。

電磁波が物質の表面に入射すると、その表面から（部分的に）反射され、エネルギーを含む場が物質内部に伝達されます。この電磁場は、物質内部の原子や電子と相互作用します。物質の性質によっては、電磁場が物質内部に深く浸透する場合もあれば、非常に速やかに消滅する場合もあります。特定の物質の場合、浸透深さは一般的に波長の関数となります。

ビール・ランバートの法則によれば、物質内部の電磁波の強度は表面から指数関数的に減少し、

${\displaystyle I(z)=I_{0}\,e^{-\alpha z}}$

もし$\displaystyle \delta _{p}}$は浸透深さを表し、

$\displaystyle \delta _{p}={\frac {1}{\alpha }}}$

浸透深さは、物質内部における電磁波の減衰を表す用語の一つです。上記の定義は深さを指します。$\displaystyle \delta _{p}}$電界の強度またはパワーが表面値の 1/e に減衰する深さ。多くの場合、電磁波の場合は電界と磁界といった電界量そのものに注目します。特定の媒質における波のパワーは電界量の二乗に比例するため、電界（または磁界）の大きさが表面値の 1/e に減衰し、それによって波のパワーが減少する深さについて話すことができます。$1/e^2$または、その表面価値の約13％。

$\displaystyle \delta _{e}={\frac {1}{\alpha /2}}={\frac {2}{\alpha }}=2\delta _{p}}$

ご了承ください$\displaystyle \delta _{e}}$は表皮深さと同一であり、後者の用語は通常、金属における電流の減衰（平面波がバルク導体に入射した際の電場または磁場の減衰に伴う電流の減衰）に関連して用いられる。減衰定数 ${\displaystyle \alpha /2}$は伝搬定数の（負の）実部とも同一であり、 とも呼ばれる。${\displaystyle \alpha }$上記の用法と矛盾する表記法を使用すること。出典を参照する際には、例えば数値が上記の用法と矛盾しない表記法を使用しているかどうかを常に注意する必要があります。${\displaystyle \alpha }$または${\displaystyle \delta }$これは、場そのものの減衰、あるいはその場に関連する強度（電力）の減衰を指します。正の値が減衰（場の減少）を表すのか、それとも増加を表すのかが曖昧な場合もありますが、通常は文脈から明らかです。

物質に垂直に入射する電磁波の減衰定数は、物質の屈折率nの虚数部にも比例します。上記の定義を用いると、 ${\displaystyle \alpha }$（強度に基づくと）以下の関係が成り立つ。

${\displaystyle \alpha /2={\frac {1}{\delta _{e}}}={\frac {1}{2\delta _{p}}}={\frac {\omega }{c}}\;\mathrm {Im} ({\tilde {n}}(\omega ))={\frac {2\pi }{\lambda }}\;\mathrm {Im} ({\チルダ {n}}(\omega ))}$

どこ$\displaystyle {\tilde {n}}}$は複素屈折率を表す。${\displaystyle \omega }$は放射のラジアン周波数、cは真空中の光速であり、${\displaystyle \lambda }$は波長です。${\displaystyle {\チルダ {n}}(\omega )}$ は周波数に大きく依存し、その虚数部も同様ですが、虚数部はしばしば言及されません（透明誘電体の場合、虚数部は実質的にゼロです）。金属の複素屈折率もあまり言及されませんが、同じ重要性を持ち、浸透深さ（または表皮深さ）につながります。$\displaystyle \delta _{e}}$マイクロ波周波数まで有効な式によって正確に与えられる。

これらの方法と、電磁場の減衰を指定する他の方法との関係は、不透明度の数学的記述によって表現することができる。

これは、損失のある媒体における電磁エネルギーの吸収による場の減衰、あるいは損失のない媒体における場の浸透（またはその両方の組み合わせ）を記述しているにすぎない。例えば、仮想的な物質は複雑な屈折率を持つ可能性がある。 ${\displaystyle {\チルダ {n}}=1+.01j}$波は大きな反射なしにその媒質に入り込み、浸透深さ（電界強度）で完全に媒質に吸収されます。${\displaystyle \delta _{e}\approx 16\lambda }$、 どこ${\displaystyle \lambda }$ は真空波長です。複素屈折率を持つ別の仮想物質 ${\displaystyle {\チルダ {n}}=0+.01j}$透過深度は16波長となりますが、この場合、波は物質から完全に反射されます。放射線の実際の吸収は起こりませんが、電場と磁場は物質内部に深く浸透します。いずれの場合も、透過深度は、上記で説明したように、物質の屈折率の虚数部から直接求められます。

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• 吸光度
• 減衰係数
• 透過率

• ファインマン、リチャード・P. (2005).ファインマン物理学講義第 2巻 (第2 版). アディソン・ウェスリー. ISBN 978-0-8053-9065-0。