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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 关于电磁波TE,TM,TEM, 激光,偏振光等问题
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zhaoyuan0426

至尊木虫 (著名写手)

[交流] 关于电磁波TE,TM,TEM, 激光,偏振光等问题

关于电磁波TE,TM,TEM, 激光,偏振光等问题


首先激光器出来的光是线偏振的吗？

而在讲到偏振的时候，一般是指单一电场或者磁场的偏振，比如线偏振光，是不是说电场也是线偏振的而磁场也是线偏振的？

书上讲自由空间传输的光是TEM波，而在波导中传输的是TE或者TM波，这三个概念和偏振有关吗？是不是和晶体光学里的s波p波有什么关系？

如果波导中传输的是TE和TM，并且二者都存在的话，怎么在实验验上区别TE，TM呢？
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1楼 2012-12-05 10:41:48
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回帖置顶 ( 共有1个 )

zhaitr

金虫 (正式写手)
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夕阳西下: 物理EPI+1, 奖励一下 2012-12-06 09:20:47
zhaoyuan0426: 金币+5 2012-12-06 18:03:29
小木虫: 金币+2, 帖子真精彩 2015-06-23 10:24:31
刚给学生讲过
1、激光器出来的光不一定是偏振光，但由于偏振光比较常用，所以大多数激光器设计出光为线偏振光或圆偏振光。偏振激光的产生与激光腔内布儒斯特窗（宏观：选择偏振）或晶体的各项异性（微观：选择受激辐射）有关。
2、偏振这个概念是针对电场（人所能感受到的电磁场强度）这个物理量的，不要用到磁场上，不然就把自己弄糊涂了。电场振动方向垂直入射面的叫TE波，电场振动方向在入射面内的叫TM波。
3、电磁波在自由空间中传播时，无TE或TM的说法，所以统称为TEM波，就是电磁波的意思，和偏振无关；而在波导中，电磁波一维受限，此时会在受限方向上产生模式分布，即MAXWELL方程组可以分解为两个独立的方程组，分别为TE和TM波，和偏振有关。不同的领域对TE和TM波的叫法不同，S波对应TE波，P波对应TM波，本质都是一样的。
4、用一个偏振片即可区分TE和TM和自然光，沿偏振片表面法线旋转观察其透射光有无亮暗变化即可。若是圆偏振光，则需偏振片和对应的波片搞定。
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6楼2012-12-06 08:44:30
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linon1987

木虫 (正式写手)
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华丽的飘过: 金币+5, 3q 2012-12-06 02:22:58
zhaoyuan0426: 金币+2 2012-12-06 18:03:42
TE波，TM波这些概念的确用得很混淆，一般书上也没有详细区分。

光学中的s波偏振，p波偏振，对应于TE波和TM波，但与波导中的TE波和TM波是不同的。

光学中的TE，TM波的电磁场分量都只有三个(一般电磁场分量有6个)，TE(Ez,Hx,Hy，Ez是独立的，其他两个可以由Ez导出)，TM(Hz,Ex,Ey，Hz是独立的，其他两个可以由Hz导出)。为什么是这样？因为介质在Z方向是不变化的话，麦克斯韦方程可以拆解成两组独立的方程，一组描述TE波，一组描述TM波。

波导中的TE波和TM波都有五个分量，TE(Hz,Hx,Hy,Ex,Ey,只有Hz是独立的),TM(Ez,Ex,Ey,Hx,Hy,只有Ez是独立的）。这方面可以参考讲波导的书。TEM波，就是既有Hz，又有Ez的波。
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3楼2012-12-05 13:30:57
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dgzhao

金虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
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华丽的飘过: 金币+5, 3q 2012-12-06 02:23:15
zhaoyuan0426: 金币+3 2012-12-06 18:03:48
激光器一般都有一个谐振腔，腔的两端有两块布儒斯特窗，激光在谐振腔里面会来回反射。
假设激光传播方向是z方向，每一次遇到布儒斯特窗就会反射掉一部分沿x方向振动的线偏振光（布儒斯特窗的设计使得每次的入射角都为布儒斯特角），多次反射之后，x方向振动的线偏振光就会全部被反射走，最终透射出来的就是纯净的y方向振动的线偏振光。

电磁场的电场方向、磁场方向、传播方向三者相互正交，所以若电场是线偏振，那么磁场一定也是线偏振。不过好像没有磁场是线偏振这种说法。

TM波和TE波是依照电场分量是在入射面内还是与入射面垂直来区分的，这两种波在界面上反射率和透射率会有不同。
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4楼2012-12-05 14:59:13
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opt-comm

木虫 (正式写手)
★ ★ ★
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夕阳西下: 金币+2, 奖励一下 2012-12-06 09:17:55
引用回帖:
4楼: Originally posted by dgzhao at 2012-12-05 14:59:13
激光器一般都有一个谐振腔，腔的两端有两块布儒斯特窗，激光在谐振腔里面会来回反射。
假设激光传播方向是z方向，每一次遇到布儒斯特窗就会反射掉一部分沿x方向振动的线偏振光（布儒斯特窗的设计使得每次的入射角都 ...

因为光与介质相互作用时，磁力一般不做功，因此电矢量一般称为光矢量。因此偏振指的是电矢量的振动形式如何。但是因为麦克斯韦方程组包括磁场，因此磁场也要处理，但是偏振只是指电矢量的模式。
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5楼2012-12-06 02:37:47
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zhaitr

金虫 (正式写手)
★
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引用回帖:
14楼: Originally posted by wuxm0618 at 2013-06-19 21:04:14
请教，电场是由电荷产生的，光是电磁波，存在电场和磁场。那么请问，电场的载体在哪呢？...

个人理解，仅供参考：
电场和磁场都是能量的一种形式。
能量的存在不需要载体。故光波的传播不需要媒介，如以太之类。
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15楼2013-06-21 15:56:09
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普通回帖

汤汤.

金虫 (小有名气)
★
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你不少概念都没搞清楚，还混了

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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2楼2012-12-05 12:49:57
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wzhiqustc

金虫 (小有名气)
★ ★ ★
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zhaoyuan0426: 金币+1 2012-12-06 18:03:58
zhaoyuan0426: 金币+1 2012-12-06 18:04:05
激光器产生的光的偏振应该和装置有关吧，应该是各种偏振都有吧，不是非常确定

偏振一般只指电场方向

TEM(transverse electro-magnetic wave) 就是电场磁场都垂直于传播方向，自由空间的电磁波只有两个自由度，电磁场都只能垂直于传播方向，因此自由空间只能传播TEM wave; 波导中由于边界材料的影响，电磁波不在自由，电磁波可以存在纵向分量，所以一般情况下只能传播TE wave或者 TM wave. TE wave 指的就是电场是横向的，不存在纵向分量，但是磁场可以存在纵向分量；TM 的意思就是磁场都是横向的，但电场可以存在纵向分量。 所以几个名词本身和偏振没有关系。如果实验上要区别TE 和TM wave的话，应该用偏振片就够了吧，这个不是很确定

当然，这三个名词和晶体光学里的s波p波也没有任何关系，因为那里的s波和p波也是用来定义不同偏振方向的波
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7楼2012-12-06 12:33:10
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孙?�730

至尊木虫 (知名作家)
★
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很欣赏楼主"顾名思义"的思考方式
这些名词究竟是怎么来的
此中定有玄机哦
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8楼2012-12-06 17:01:52
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linon1987

木虫 (正式写手)
★ ★
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zhaoyuan0426: 金币+1 2012-12-07 11:00:38
引用回帖:
6楼: Originally posted by zhaitr at 2012-12-06 08:44:30
刚给学生讲过
1、激光器出来的光不一定是偏振光，但由于偏振光比较常用，所以大多数激光器设计出光为线偏振光或圆偏振光。偏振激光的产生与激光腔内布儒斯特窗（宏观：选择偏振）或晶体的各项异性（微观：选择受 ...

电磁场在自由空间传播，只要某个方向是均匀的（例如Z方向），就会存在一种电磁波，其六个场分量对Z方向的导数为零，这时Maxwell方程也可以拆成两组独立方程（和波导类似），这就是光学中的S波和P波，文献中也经常叫TE波和TM波。不知道大家用过Comsol这个软件没有，Comsol里面的RF模块，In Plane Waves就是这样的电磁波！
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9楼2012-12-07 08:47:47
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卡耐基如是说

木虫 (小有名气)
都是牛人
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10楼2012-12-17 21:57:16
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z47635219

金虫 (小有名气)
good
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11楼2013-03-12 11:03:15
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匿名

用户注销 (职业作家)
★ ★ ★
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zhaoyuan0426: 金币+2 2013-06-18 17:29:38
本帖仅楼主可见
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12楼2013-03-12 12:47:03
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liang_0826

金虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
2楼解释的很不错，很容易理解！！！！！
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13楼2013-06-18 14:18:06
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wuxm0618

金虫 (小有名气)
★
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引用回帖:
6楼: Originally posted by zhaitr at 2012-12-06 08:44:30
刚给学生讲过
1、激光器出来的光不一定是偏振光，但由于偏振光比较常用，所以大多数激光器设计出光为线偏振光或圆偏振光。偏振激光的产生与激光腔内布儒斯特窗（宏观：选择偏振）或晶体的各项异性（微观：选择受 ...

请教，电场是由电荷产生的，光是电磁波，存在电场和磁场。那么请问，电场的载体在哪呢？
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14楼2013-06-19 21:04:14
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jasenkingjoy

木虫 (正式写手)
学习了
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16楼2013-11-27 10:54:04
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好奇小翟

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6楼: Originally posted by zhaitr at 2012-12-06 08:44:30
刚给学生讲过
1、激光器出来的光不一定是偏振光，但由于偏振光比较常用，所以大多数激光器设计出光为线偏振光或圆偏振光。偏振激光的产生与激光腔内布儒斯特窗（宏观：选择偏振）或晶体的各项异性（微观：选择受 ...

看到您的回复，可见是位老师，问一下我考研调到激光器方向，请问老师我需要补充什么课程，本科不是光学的，需要看电动力学，电磁场与微波方面的书吗？谢谢！

[ 发自小木虫客户端 ]
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17楼2013-12-01 21:06:27
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semaster

金虫 (小有名气)
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6楼: Originally posted by zhaitr at 2012-12-06 01:44:30
刚给学生讲过
1、激光器出来的光不一定是偏振光，但由于偏振光比较常用，所以大多数激光器设计出光为线偏振光或圆偏振光。偏振激光的产生与激光腔内布儒斯特窗（宏观：选择偏振）或晶体的各项异性（微观：选择受 ...

您好！
关于激光器产生线偏振光，我已经理解了（布儒斯特窗）。你能说说激光器怎么产生圆偏振光吗？先谢谢了。
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19楼2016-03-23 19:41:35
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爱哭的小孩

木虫 (正式写手)
学习了。

发自小木虫Android客户端
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20楼2016-03-23 23:09:26
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沙海孤鸿

新虫 (初入文坛)
★
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3楼: Originally posted by linon1987 at 2012-12-05 13:30:57
TE波，TM波这些概念的确用得很混淆，一般书上也没有详细区分。

光学中的s波偏振，p波偏振，对应于TE波和TM波，但与波导中的TE波和TM波是不同的。

光学中的TE，TM波的电磁场分量都只有三个(一般电磁场分量有6个 ...

能推荐几本讲波导的书或者是文献吗？
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21楼2016-10-17 08:49:41
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lovsilence

铜虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
6楼和9楼最通俗易懂，感恩。
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22楼2018-10-15 14:24:23
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wxd3410

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
19楼: Originally posted by semaster at 2016-03-23 19:41:35
您好！
关于激光器产生线偏振光，我已经理解了（布儒斯特窗）。你能说说激光器怎么产生圆偏振光吗？先谢谢了。...

用1/2玻片，延迟1/2相位。
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23楼2018-10-15 15:36:17
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-求学中ydq18楼
2015-12-26 15:46   回复  
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