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Luz / onda TEM en una guía de ondas hueca

Estoy estudiando para mi examen de CEM y me ha surgido una pregunta:

La luz en el espacio libre es un ejemplo de onda TEM, ¿no? (Tal vez eso ya es mi error)

Y aprendimos que en una guía de ondas hueca sólo pueden existir modos TE o TM, porque una onda TEM no puede cumplir las condiciones de contorno.

Así que mi pregunta: ¿Cómo es que puedo hacer pasar luz a través de una guía de ondas hueca, por ejemplo una tubería o un tubo metálico?

¿Se convierte en una onda TE o TM en la entrada y sale de nuevo como una onda TEM? ¿O es sólo porque la longitud de onda de la luz es muy pequeña en comparación con las dimensiones de la guía de ondas? Si es así, ¿dónde está la frecuencia de corte entre "TEM posible" y "TEM no posible"?

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CuriousOne Puntos 8519

La atenuación de una guía de ondas es mínima cuando se excita con el modo correcto, pero no es infinita para configuraciones de campo que no lo son, por lo que también se pueden enviar configuraciones de campo a través que no se ajusten a los patrones de modo, simplemente se atenuarán muy fuertemente para frecuencias bajas. La intensidad de la atenuación dependerá de la cantidad de componentes del campo eléctrico que la pared "cortocircuite".

La luz, en particular, tiene una longitud de onda mucho menor que el tamaño de la dimensión de una guía de ondas típica. Supongamos que se envía un frente de onda gaussiano a través de una guía de onda (muchos láseres producen frentes de onda gaussianos de este tipo). La luz tendrá inicialmente un campo eléctrico evanescente en la pared (si inyectas justo en el centro de la guía de onda) porque la dependencia de la amplitud en función del radio del haz es muy fuerte. Por otro lado, el frente de onda gaussiano también tiene una divergencia distinta de cero, por lo que a medida que el haz atraviesa la guía de ondas acabará alcanzando las paredes y se producirá atenuación y habrá reflexiones rasantes, lo que dará lugar a interferencias destructivas y, finalmente, a una atenuación completa.

Lo que sabes sobre los modos de propagación de las guías de ondas es cierto, sólo es un modelo simplificado que basta para fines de ingeniería. La regla te dice que no intentes utilizar una guía de ondas de otra forma que no sea la que dictan sus modos propios, pero esa regla sólo es sencilla porque evita las complicaciones de tener que calcular la función de transferencia real para ondas em en el caso general, lo cual es un asunto feo, especialmente si la longitud de onda es mucho menor que las dimensiones de la guía de ondas.

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