TE、TM、TEM模式的区别

在一众电磁仿真软件的使用中，牵涉到平面波的设置或Floquet端口的设置。
在设置平面波时，论坛里有不少人提到TE波、TM波；
在设置Floquet端口时，又有不少人提到TE极化、TM极化。
其实，这些都有概念上的错误。如果不能非常清晰地理解平面波、TE(M)波、TE(M)极化、极化这几个概念之间的区别与联系，就不能正确地使用仿真软件，或者不能正确理解仿真软件给出的结果。这就是“电磁学”教材中专门用篇幅来讲这几个概念的实际意义之一吧。

教材中一般都会用成套的公式来阐释，本文争取尽量用白话。

1.平面波

就是TEM波，即横电磁波，概念上就是：若电磁波传播方向沿z轴，那么电场矢量和磁场矢量都仅在xy平面上有分量，而在z轴上没有分量。特别地，如果在同一平面上，各点的电场和磁场矢量与 (x,y)(x,y)(x,y) 都无关，那么就是均匀平面波了。

2. TE(M)极化

最简单的情形，当平面波斜入射到一个介质平面上，波矢 k 会与平面的法矢 n形成的面S。这个面定义为入射面，如果平面波的电场分量与S垂直，则称平面波TE极化（垂直极化波，在光学领域称为S偏振光）；如果平面波的电场分量与 S平行，则称平面波为TM极化（平行极化波，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。另外，如果平面波的电场矢量 E 与 S并不平行或垂直，则其也可以分解为平行与垂直的分量，那么入射平面波就有两种极化成分了。

也就是说，TE(M)极化是指入射平面波（TEM波）的电场方向，代表的是极化特征，而不是TE、TM模式。可以理解为两种极化正交的电磁波入射

3. （波）极化

这里波的极化与TE(M)极化又不同，波的极化分为线极化、圆极化、椭圆极化，简单定义之，当电场矢量E和磁场矢量H之间的相位差为0或 π （即同相或反相）就是线极化，当相位差非0且非 π 时，就是椭圆极化；当极化椭圆的轴比为1时，就是圆极化。可见，波的极化与TE(M)极化是两码事，提出的背景也完全不同。

4. TE(M)波

如果波在传播方向上没有电场分量，则为TE波；如果没有磁场分量，则为TM波;如果电场、磁场分量都没有，则为TEM波。如果从远场去看TEM波，则多数可以近按平面波处理。所以，波极化、TE(M)波是电磁波本身的属性，在理想情形下定义出平面波，当平面波遇到入射面，又定义出TE(M)极化。以上四个概念可能就是电磁场理论中最易混淆的吧。

作者：知乎用户
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