[導(dǎo)讀]TEM波就是橫波,HxE與k三者相互垂直,其他方向都沒有分量 但有的在波傳播方向k上有H波或E波,這就產(chǎn)生了所謂的TE波或TM波? TEM TE TM波的區(qū)別: 在自由空間傳播的均勻平面電磁波(空間中沒有自由電荷,沒有傳導(dǎo)電流),電場和磁場都沒有和波傳播方向平行的分量,都和傳
TEM波就是橫波,HxE與k三者相互垂直,其他方向都沒有分量
但有的在波傳播方向k上有H波或E波,這就產(chǎn)生了所謂的TE波或TM波
在自由空間傳播的均勻平面電磁波(空間中沒有自由電荷,沒有傳導(dǎo)電流),電場和磁場都沒有和波傳播方向平行的分量,都和傳播方向垂直。此時(shí),電矢量E,磁矢量H和傳播方向k兩兩垂直。只是在這種情況下,才可以說電磁波是橫波。
所以我們說電磁波是橫波,這是有條件的!
沿一定途徑(比如說波導(dǎo))傳播的電磁波為導(dǎo)行電磁波。根據(jù)麥克斯韋方程,導(dǎo)行電磁波在傳播方向上一般是有E和H分量的。
光的傳播形態(tài)分類:根據(jù)傳播方向上有無電場分量或磁場分量,可分為如下三類,任何光都可以這三種波的合成形式表示出來。
1、TEM波:在傳播方向上沒有電場和磁場分量,稱為橫電磁波。若激光在諧振腔中的傳播方向?yàn)閦方向,那么激光的電場和磁場將沒有z方向的分量!實(shí)際的激光模式是準(zhǔn)TEM模,即允許Ez、Hz分量的存在,但它們必須<<橫向分量,因?yàn)檩^大的Ez意味著波矢方向偏離光軸較大,容易溢出腔外,所以損耗大,難于形成振蕩。
2、TE波(即s波):在傳播方向上有磁場分量但無電場分量,稱為橫電波。在平面光波導(dǎo)(封閉腔結(jié)構(gòu))中,電磁場分量有Ey, Hx, Hz,傳播方向?yàn)閦方向。
3、TM波(即p波):在傳播方向上有電場分量而無磁場分量,稱為橫磁波。在平面光波導(dǎo)(封閉腔結(jié)構(gòu))中,電磁場分量有Hy, Ex, Ez,傳播方向?yàn)閦方向。
三者可以這樣記憶:橫電磁波就是電和磁都是橫著的,橫電波只有電場是橫的,橫磁波就只有磁場是橫的
而所謂橫,就是與電磁波傳播方向向量k是垂直的,可以想象一個(gè)單簇的光線就是一根直線的水管,
在水管橫截面上的就是與水流方向垂直的,所謂橫,就是這個(gè)意思了。
微波工程、電磁場理論等課程中有關(guān)于TEM、TE、TM模的更為詳細(xì)的描述
這里會存在一個(gè)疑問:不是說電場和磁場以及傳播方向都正交相互垂直嗎?那為啥會出現(xiàn)不相互垂直的TE/TM波
原因就在于,在介質(zhì)中傳播特別是折射后,產(chǎn)生了折射,原因在于介質(zhì),由于存在非正交分量,其實(shí)可能是導(dǎo)致介質(zhì)損耗的原因所在!
圖:振動(dòng)方向與波的傳播方向平行,這種波稱為縱波
圖:振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直,這種波稱為橫波
振動(dòng)具有線性疊加性,故波動(dòng)也同樣滿足線性疊加性,因此任何其他的方向關(guān)系的波動(dòng)都可以由這兩種波通過線性疊加而得到。
動(dòng)傳播的復(fù)雜程度首先取決于傳播介質(zhì)的分布情況。
如果傳播介質(zhì)是一維的,那么波的傳播方向就只能在一條線上。
如果傳播介質(zhì)是多維的,那么波將從波源出發(fā),向任意方向傳播。而波動(dòng)傳播的方向稱為波射線(簡稱波線)。
由于波在介質(zhì)中的傳播是一個(gè)時(shí)間過程,所以必須考慮波在空間中分布的一些時(shí)間性的特性。
首先是相位的概念。由于波動(dòng)是一種周期現(xiàn)象,因此在某一個(gè)時(shí)刻振子處于一個(gè)周期的什么位置是非常重要的物理特征,這種位置就叫做相位。其次在波的空間分布中由相位相同的各點(diǎn)組成的一個(gè)幾何面,稱為波陣面(簡稱波面)。波陣面的概念在應(yīng)用波動(dòng)圖象來分析波動(dòng)現(xiàn)象時(shí)是非常關(guān)鍵的。
波面的形狀和波源與介質(zhì)的分布性質(zhì)密切相關(guān)。最簡單的兩種情形是:在各向同性的介質(zhì)中,從點(diǎn)波源發(fā)出的波的波陣面是一簇同心球面,稱為球面波;從平面狀波源發(fā)出的波的波陣面是一簇平行平面,稱為平面波。
下圖是平面橫波(平面電磁波)的波陣面示意圖(其中藍(lán)線是磁場的波動(dòng),紅線是電場波動(dòng))介質(zhì)中的平面機(jī)械橫波波陣面也與此類似:
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