微波和硅光领域中TE和TM模式定义的区别


微波中的定义

在微波导波理论里:

  • $TE$(Transverse Electric)模:$E_z=0$
  • $TM$(Transverse Magnetic)模:$H_z=0$

这是严格的数学边界条件,由$Maxwell$方程+金属壁边界推导出来的。例如矩形金属波导(WR90、WR75 等)中的$TE_{10}$模,是真正意义上的纯$TE$:$E_z=0, H_z≠0$.

$TE(M)_{ab}$是由横截面上场强是在长边上有分布还是短边上有分布决定的,$a$和$b$分别表示有多少个周期。例如:

TE10

TE20

TE01

至于是$TE$还是$TM$模式,则要在HFSS中画出纵向截面上的场分布来判断,如果没有纵向的$E$, 则是$TE$模;反之亦然。

硅光中的定义

由于硅光波导是强约束导波结构($n_{Si}≈3.48$, $n_{SiO₂}≈1.44$ at 1550nm),所以无论$TE$还是$TM$,都一定有$Ez$不可能为零,因此硅光的$TE/TM$不能用$E_z=0$或$H_z=0$来定义。硅光里的$TE$和$TM$是由横截面上是由$E_x$还是$E_y$占主导来决定的(即依据偏振方向来决定)。例如,在MODE中,TE polarization fraction的大小决定了模式是TE还是TM模。

#1是TE模,#2是TM模


文章作者: Caeser Wang
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