편광의 정의...TE or TM ?

레이저와 같은 선편광이 우수한 광원을 사용할 때 편광의 방향을 아는 것은 기본이라고 할 것이다.

최근에 광픽업용 레이저 뿐만 아니라 다양한 종류의 레이저를 접하다 보니 이 편광 방향에 대한 정의를 집고 가야할 필요성이 생겼다.

편광의 방향은 전기장의 방향을 이야기하고, Laser광을 발생시키는 active layer를 waveguide로 볼 수 있으므로 waveguide에서 존재 가능한 전기장의 방향을 정의하는 것을 알면 끝이라고 생각했다. 이 때 나오는 것이 TE 또는 TM, TEM과 같은 것이다.

Wikipedia의 정의를 빌리면, 아래와 같고 TE and TM mode로 구글에서 찾으면 좋은 자료가 엄청 많이 나온다.

• TE modes (Transverse Electric) no electric field in the direction of propagation.
• TM modes (Transverse Magnetic) no magnetic field in the direction of propagation.
• TEM modes (Transverse ElectroMagnetic) neither electric nor magnetic field in the direction of propagation.
• Hybrid modes nonzero electric and magnetic fields in the direction of propagation.

http://www.ee.bilkent.edu.tr/~microwave/programs/magnetic/rect/info.htm

위 사이트에서 찾은 내용으로 한 번 정리해 보면, a>b보다 클 때, TE mode의 dorminant mode는 TE10이고 이 경우 Ex는 0이 되고, Ey만 남는다. 통상 아래와 같은 window에서는 빛이 위아래로 많이 퍼지게 되는데, 광픽업용 레이저는 이 경우 Ex성분만 나오니까, TM mode라고 보면 될 것 같다. TM이나 TE나 모두 수식으로 보면 Ex, Ey성분이 있으므로 완전히 대칭인 것은 아닌 것 같은데. Ex일 경우 TM, Ey일 경우 TE로 분류하는 것 같다.

다른 그림, http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_14/8.html#02407.png ,을 보면,

기다란 쪽을 x라고 하면 위에서 정의한 것과 같다.

그런데, 여기서 나를 곤혹스럽게 만든 그림이 있다...^^

Keigo Iizuka "Engineering optics" second edition, p452

TM mode Hy Ex, Ez, TE mode는 Ey, Hz, Hz로 그림과 같이 위의 정의와 반대가 된다. 

여기에서 x쪽이 더 긴 그림이긴 하지만, 명확하게 표시하지는 않았는데, 이런 결과가 나온 식으로 돌아가 보면, y방향의 편미분이 0이라는 가정이 있다. 왜 x방향이 아닌 y방향으로 했는지는 잘 모르겠다. T_T...

확실하게는 광원 제공 업체에서 외관 기준 편광 방향의 정의를 받는 게 마음 편하게 만드는 일인 듯 싶다. 

다 제공해 주니까 어려운 일은 아니고, 기본은  첫번째 정의로 생각하는 게 좋을 것같다.