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,구면파 모형과는 달리, 다소 복잡하지만,
- 실제 빔 형태와 매우 비슷한, `가우스 빔`으로 모형화하는 것
2. 구면파 (Sperical Wave)
ㅇ 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)
ㅇ 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 파동인 전계 및 자계가 항상 수직하며 공존
.. 즉, 전계 및 자계가 항상 수직하면서 동위상
ㅇ 한편, 균일 평면파 (Uniform Plane Wave)는,
- 전계 등 성분 벡터의 크기 및 위상이 진행방향에 수직한 파면 위 모든 점에서 동일
. 보통, 평면파라고 할 때 균일 평면파를 지칭할 때가 많음
4. 평면파 특징
ㅇ 평면파는 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
- 전자기파가 등방성 매질내를 진행할 경우에 진동 성분별로 살펴볼 때,
. 진행방향으로는, 전계 또는 자계 성분이 없으며,
. 진행방향에 수직한, 전계 및 자계 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) 비교
ㅇ TEM 파는, 더 포괄적 개념으로 평면파를 포함 하기도 함
- 평면파 : 무한 평면 상에서 전계 및 자계가 진행방향에 상호 수직이며, 항상 위상이 같음
- TEM 파 : 전계 및 자계가 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