鐳射中,橫模、縱模、基模、TEM、TE、TM的概念怎麼理解?
就當偏振去理解,自由空間真空中不同偏振都一樣。各項異性介質或者各種介面處,不同偏振行為不一樣。所以把偏振在面內以及垂直於入射面的分成TMTE分開討論
橫模可以簡單理解為光斑 縱模可以簡單理解為波長 基橫模就是光斑是一個圓斑的橫模 基縱模就是一個特定的激射波長
之前看過一個部落格,寫的挺明白的,我把他的答案儲存下來了:
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,電向量E,磁向量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)傳播的電磁波為導行電磁波。根據麥克斯韋方程,導行電磁波在傳播方向上一般是有E和H分量的。
光的傳播形態分類:根據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
。若鐳射在諧振腔中的傳播方向為z方向,那麼鐳射的電場和磁場將沒有z方向的分量!實際的鐳射模式是準TEM模,即允許Ez、Hz分量的存在,但它們必須<<橫向分量,因為較大的Ez意味著波矢方向偏離光軸較大,容易溢位腔外,所以損耗大,難於形成振盪。
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(封閉腔結構)中,電磁場分量有Ey, Hx, Hz,傳播方向為z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(封閉腔結構)中,電磁場分量有Hy, Ex, Ez,傳播方向為z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,就是這個意思了
。
這裡會存在一個疑問:不是說電場和磁場以及傳播方向都正交相互垂直嗎?那為啥會出現不相互垂直的TE/TM波
原因就在於,在介質中傳播特別是折射後,產生了折射,原因在於介質,由於存在非正交分量,其實可能是導致介質損耗的原因所在!
什麼叫TEM、TE、TM電磁波?有啥區別-史上最明白的解釋【轉載】_巧兔兒童樂園_新浪部落格
這是原博,裡面有圖片和動畫,更清晰明瞭
準確的描述估計你已經在書上看過了,面對方程還是沒建立起物理影象才來知乎提問的吧?為此,簡單來講,可能更有利於初學者理解。
一束鐳射:
橫模
可理解為垂直於光傳播方向平面所截的光強分佈,肉眼看到的橫模
基模
是一個圓形光斑,因為大部分能量都集中在中心,而高階模式都是多瓣狀光斑。
縱模
可理解為與光傳播方向平行的平面所截的光強分佈,有波峰波谷,頻率越高波形越密。
TEM波,光束傳播方向、電場、磁場相互垂直;
TE波,電向量垂直於傳播方向;
TM波,磁場方向垂直於傳播方向
0。 波導中的TE TM TEM波:
我們把沿著某一方向或是某一途徑(波導)傳播的電磁波成為導行電磁波(導波)。根據maxwell方程組,我們可以分解出其中的電場分量(E,D)和磁場分量(B,H)。
TEM波。
1。 電磁波的模式簡介:
電磁波的模式具有無窮多個。在數學上是
無源maxwell方程組在所給條件下的線性獨立的特解
。在給定邊界條件下,電磁波模式可能獨立存在的確定的電磁場分佈規律,又稱場型。模式簡稱模,有時稱為波型。
2。 電磁波的模式分類:
電磁波的模式可以分為諧振模式(腔體模式)和傳輸模式(波導模式)。
傳輸模式,是在波導傳輸線領域,其在橫截面上有確定的電磁場分佈。
腔體模式,是發生在諧振器或諧振器中,電磁能互相轉換的過程。
3。 電磁波傳輸模式劃分:
根據波導中沿某一方向傳輸的電磁波,電場分量和磁場分量與波矢的方向關係,可以劃分為TE模式,TM模式和TEM模式。
3。1 TEM模式:
在傳播方向上沒有電場和磁場分量的電磁波成為TEM波,也叫橫電磁波。其傳播模式為TEM模式。
3。2 TE模式:
在傳播方向上有磁場分量但無電場分量,稱為橫電波,也叫s波。是快波。在波導(封閉腔結構)中,電磁場分量有Ey, Hx, Hz,傳播方向為z方向。其傳播模式為TE模式。
3。3 TM模式:
在傳播方向上有電場分量但無磁場分量,稱為橫磁波,也叫p波。是快波。在波導(封閉腔結構)中,電磁場分量有Hy, Ex, Ez,傳播方向為z方向。其傳播模式為TM模式。
4。 電磁波腔體模式數:
電磁波在腔體中按電磁場的幅度變化寫成 TE或TM。其標號m、n、p表示
場強沿某維座標起伏的次數
。
每種模式除了有其特定的場型外,還有特定的傳播常數。式中k=2π/λ,λ為自由空間波長,μ、ε分別為填充媒質的磁導率和介電常數。k是取決於波導截面形狀和尺寸的模式截止波數,對橫向非勻媒質的波導,k因不同的媒質區域而異;在均勻媒質的波導中k為常數,即k=2π/λ,λ為截止波長。在波導管中當k=k(勻質波導λ=λ)時,γ=0,為截止點,只有k 主模或基模 ,而把其他模式稱為 高次模 。對確定頻率的電磁波,適當選擇波導尺寸使高次模截止而只傳輸主模,即為單模傳輸。例如矩形波導管通常僅傳輸主模TE10模、同軸線和帶狀線中僅傳輸主模TEM模(其k=0,無截止)等。允許主模和一個或多個高次模同時傳輸的情況稱多模傳輸。如果同一波導中的不同模式有相同的相移常數值,就稱為模式簡併。簡併的模式具有相同的相速和群速。例如矩形波導管中的TE和TM模簡併;圓波導中的TE0n和TM1n模簡併等。 腔體中具有相同諧振頻率的模式簡併。 部分引用自 https:// baike。baidu。com/item/%E 7%94%B5%E7%A3%81%E6%B3%A2%E6%A8%A1%E5%BC%8F/12605875https://blog。csdn。net/weixin_41374099/article/details/123513437 http://www。 rfdh。com/bas_rf/mode。ht m