[TE、TM和TEM波] 与 [S、P偏振光] 的辨析

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

1. TE、TM和TEM波        

        TEM波（Transverse Electromagnetic Wave，TEM），即横电磁波。TEM波是指电场和磁场分量相互垂直，且都垂直于传播方向的电磁波。也就是说，在TEM波中，电场和磁场矢量都在垂直于传播方向的平面上振动，且没有平行于传播方向的电场或磁场分量。如下图所示，可见我们中学阶段所接触的用于解释电磁波概念的电磁波正是TEM波。

        总结下来就是TEM波是横波，、和三者相互垂直（其中是波矢，指向电磁波的传播方向），其他方向都没有分量。但是如果在波传播方向上存在或分量，这就产生了所谓的TE波或TM波。

        在自由空间（无自由电荷和传导电流）传播的均匀平面电磁波，波传播方向上不存在或分量，此时电矢量、磁矢量和波矢两两垂直。注意：只有在这种情况下，才可以说电磁波是横波，故电磁波是横波是有条件的！

        沿一定途径（如波导）传播的电磁波为导行电磁波。根据Maxwell方程，导行电磁波在传播方向上一般存在和分量。根据传播方向上是否存在电场或磁场分量，可分为TEM波、TE波（s波）和TM波（p波）这三类，任何光都可以用这三种波的合成形式表示出来。

• TEM波：传播方向上无电场和磁场分量，称为横电磁波。
• TE波：传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为横电波。在平面光波导中，电磁场分量有、和。（传播方向为笛卡尔坐标系的z轴方向）
• TM波：传播方向上有电场分量但无磁场分量，称为横磁波。在平面光波导中，电磁场分量有、和。

2. S偏振光与P偏振光

        在光学（电磁学）仿真分析中，我们经常会遇到S偏振和P偏振光，而这两者究竟是什么呢？

        当平面波斜入射到一个介质平面上，波矢会与平面的法矢形成一个面，这个面定义为入射面。

• 如果平面波的电场分量与垂直，则称平面波TE极化，在光学领域称为S偏振光。
• 如果平面波的电场分量与平行，则称平面波为TM极化，在光学领域中称为P偏振光。

        所以，平面波也可能有TE(M)的概念，只是必须有“入射面”作为背景，并且是称为TE(M)极化波，而不是直接称为TE(M)波。

        然而，正常情况下电场、磁场和传播方向两两垂直，为什么会出现不互相垂直的TE波和TM波呢？这是因为电磁波在介质中传播，特别是发生折射后，产生了折射，原因在于介质。正因为非正交分量的存在，其实可能是导致介质损耗的原因所在。