电磁波没有纵波模式为什么激光有纵模？

Question

光也是电磁波，为什么半导体激光器之类的能产生纵模的光？而又说电磁波是横模还没有观察到纵模的电磁波？

Answer 1

电磁波在自由空间传播的话确实横模，因为电场和磁场都在与传播方向垂直的平面内。
一般传播方向我们叫纵向，与传播方向垂直的叫横向，因此自由空间电磁波是横模。
但是如果电磁波在有边界的导体里边传输的时候就有纵模了，典型的，比如矩形波导，它是一个空心导体，横截面是矩形。
矩形波导的主模TE10模，就是典型的纵模，它的磁场沿电磁波传播方向（也就是纵向）有分量。

追问

这个纵模只是在导体里面传输还是可以从导体里面向外输出？激光原理讲的时候说激光器产生什么什么纵模的激光，这个激光也是在自由空间传输的啊

追答

纵模只在导体里传输，从导体到空间的过程中会有一个模式匹配或者转换的过程，最终在自由空间传输的都是横电磁波。激光也是电磁波，也符合电磁波的这种传播特点。
从电磁学的角度来讲，激光产生的时候是纵模模式，传输的时候是横模模式。
你说的激光器产生纵模的激光指的是激光在谐振腔里产生时的模式，不是它在空间传输时的模式。
激光属于光学范畴了，有些习惯性叫法可能不同，但是基本原理是一样的。
简单查了下资料，发现如下定义：
“激光的横模一般指激光的横向光场分布，纵模指的是激光的谐振频率。”

下面是我结合电磁学对激光横模纵模定义的理解：
“激光的横模是指纵模的横向光场分布，纵模指的是纵模的谐振频率。”
有点绕，如果你没有学过导波场论或者微波技术，会有些难以理解的。
从电磁学角度来讲，激光在谐振腔产生时肯定是电磁学里的“纵模模式”，在这个基础上，激光学里边把这种“纵模模式”的横向场分布叫横模，把这种“纵模模式”的谐振频率叫纵模。

激光器产生纵模的激光指的是激光在谐振腔里产生时的模式，谐振腔的横向尺寸控制“纵模模式”的多少，纵向尺寸控制“纵模模式”的谐振频率，这样通过控制谐振腔的尺寸可以只产生一个“纵模模式”和一个谐振频率，有利于能量的传输，否则能量将分布在多个模式多个频率上。