Plane Wave, Sperical Wave   평면파, 구면파

(2023-09-29)

평면 전자파


1. `평면파`, `구면파`, `가우스 빔` 비교

  ㅇ 두 극단적이고 단순화시킨 파형 모형
     - 평면파는, 파동 에너지가 파 진행 방향으로 전 공간에 걸쳐 무한 평면 형태로 퍼져나감
     - 구면파는, 파동 에너지가 한 점에서 모든 방향으로 동일하게 퍼져나가는(발산하는) 형태

  ㅇ 한편, 레이저 출력과 같은 빔 형태는,  
     - 두 극단적이고도 단순한 평면파,구면모형과는 달리, 다소 복잡하지만,
     - 실제 빔 형태와 매우 비슷한, `가우스 빔`으로 모형화하는 것


2. 구면파 (Sperical Wave)파면의 형상이 구면(球面)                                     ☞ 네이버 지식백과 구면파
     - 파의 원천이 되는 곳에서 점원을 중심으로 구형(球形) 형태로 방사되는 파(波)


3. 평면파 (Plane Wave)파면의 형상이 평면(平面)                                     ☞ 네이버 지식백과 평면파
     - 구면파가 먼 거리를 진행한 후에는 근사적으로 평면적인 파형으로 간주할 수 있음
        . 이 때의 한없이 뻗어져 있는 평편한 파를 평면파 라고 함

  ㅇ 진행파 위상이 동일한 무한 평면에 있다고 가정함
     - 즉, 동일 무한 위상면이 평면 이동하며 진행하는 파(波)
        . 전자기파는 이 평면 위에 개별 파동전계자계가 항상 수직하며 공존
           .. 즉, 전계자계가 항상 수직하면서 동위상

  ㅇ 한편, 균일 평면파 (Uniform Plane Wave)는,
     - 전계 등 성분 벡터의 크기위상이 진행방향에 수직한 파면 위 모든 점에서 동일
        . 보통, 평면파라고 할 때 균일 평면파를 지칭할 때가 많음


4. 평면파 특징평면파는 3차원 파동의 가장 간단한 예 
     - 각종 광학기구에 의해 쉽게 근사시킬 수 있음
        . 즉, 광학계에서 전자기파 파동의 이론적 모형임 

  ㅇ 등방성 매질 또는 자유공간(무손실)에서 직진하는 파가 평면파에 속함.
     - 즉, 평면파는 도파됨이 없이 자유공간을 통해 진행하는 공간파를 지칭

     - 전자기파등방성 매질내를 진행할 경우에 진동 성분별로 살펴볼 때,
        . 진행방향으로는, 전계 또는 자계 성분이 없으며,
        . 진행방향에 수직한, 전계자계 성분 만을 갖음  ☞ 횡파

     - 한편, 이러한 평면파를 `TEM파 (Transverse Electro Magnetic)`라고도 부름

  ㅇ 이상적인 무한 평면파인 경우에, 
     - `전파임피던스` = `고유임피던스` 임

  ㅇ 평면파는 매질내 원천(source)을 포함하지 않는 전자계 전파 현상으로 볼 수 있음
     - 이 계는 4개의 결합된 맥스웰방정식을 만족해야함


5. 평면파, TEM 파, 비 TEM 파(비 평면파) 비교TEM 파는, 더 포괄적 개념으로 평면파를 포함 하기도 함
     - 평면파 : 무한 평면 상에서 전계자계가 진행방향에 상호 수직이며, 항상 위상이 같음
     - TEM 파 : 전계자계가 상호 수직하며, 
                보통은 동일 위상이나 굳이 위상까지 같을 필요 없음 (즉, 덜 엄격하게 정의됨)
     * 통상, 전송선로(동축케이블,스트립선로 등)를 따라 진행하는 전자기파 

  ㅇ 비 TEM 파(비 평면파) => TE 파,TM 파 
     - 맥스웰방정식으로부터 유도된 파동방정식에서, 도파관 형태에 따른 경계조건 차이로 인해,
       진행방향 및 특정 Field 성분(E 또는 H)이 다르게 특징되어 규정됨
     * 통상, 속이 빈 도파관 내 갇혀 진행하는 전자기파
        . 따라서, 도파관에서는 TEM 파가 발생하지 않음

평면파 기초
   1. 평면파   2. 입사파   3. 파면   4. 횡파   5. 편파   6. 헬름홀츠 방정식  
파동의 구분
   1. 파동 종류   2. 평면파,구면파   3. 횡파,종파   4. 진행파,정재파   5. 탄성파   6. 가우스 빔  


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