Поперечный режим
Поперечная мода электромагнитного излучения представляет собой особую картину электромагнитного поля излучения в плоскости, перпендикулярной (т.е. поперечной) направлению распространения излучения. Поперечные моды возникают в радиоволнах и микроволнах , заключенных в волноводе , а также в световых волнах в оптическом волокне и в оптическом резонаторе лазера . [1]
Поперечные моды возникают из-за граничных условий , налагаемых на волну волноводом. Например, радиоволна в полом металлическом волноводе должна иметь нулевую амплитуду тангенциального электрического поля на стенках волновода, поэтому поперечная картина электрического поля волн ограничивается теми, которые помещаются между стенками. По этой причине моды, поддерживаемые волноводом, квантуются . Разрешенные моды могут быть найдены путем решения уравнений Максвелла для граничных условий данного волновода.
Неуправляемые электромагнитные волны в свободном пространстве или в объемном изотропном диэлектрике можно описать как суперпозицию плоских волн ; их можно описать как режимы TEM, как определено ниже.
Однако в волноводе любого типа, где граничные условия наложены физической структурой, волна определенной частоты может быть описана в терминах поперечной моды (или суперпозиции таких мод). Эти моды обычно имеют разные постоянные распространения . Когда две или более мод имеют одинаковую постоянную распространения вдоль волновода, то возможно более одного модального разложения для описания волны с этой постоянной распространения (например, нецентральная гауссовская мода лазера может быть эквивалентно описана как суперпозиция мод Эрмита-Гаусса или мод Лагерра-Гауссакоторые описаны ниже).
Полые металлические волноводы, заполненные однородным изотропным материалом (обычно воздухом), поддерживают TE- и TM-моды, но не TEM-моду. В коаксиальном кабеле энергия обычно передается в основной моде TEM. Режим TEM также обычно предполагается для большинства других форматов линий электрических проводников. Это в основном точное предположение, но основным исключением является микрополосковая полоса , которая имеет значительную продольную составляющую распространяющейся волны из-за неоднородности на границе диэлектрической подложки под проводником и воздуха над ним. В оптическом волокне или другом диэлектрическом волноводе моды обычно относятся к гибридному типу.
В прямоугольных волноводах номера прямоугольных мод обозначаются двумя номерами суффиксов, присоединенными к типу моды, такими как TE mn или TM mn , где m — количество полуволновых структур по ширине волновода, а n — количество полуволновых структур. - волновые узоры по высоте волновода. В круглых волноводах существуют круговые моды, и здесь m — количество полноволновых диаграмм по окружности, а n — количество полуволновых диаграмм по диаметру. [2] [3]
