06版第六章9

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6.9 矢量解的模式分类及特征方程

对TE模,必有,因此有常数A=0,代入(6.8-3)

式得0

zE

2211

0,mB

uw







≠0≠0≠0

m=0

结论:光纤中只存在m=0 的TE波和TM波。







)()()()(

sin

wKr

aw

KuJr

au

J

mAeE

mmmm

zi

z

在特征方程(6.8-9)中令m=0,就得到TE波

和TM波的特征方程:





11

00JuKw

uJuwKw



'

01

'

01JuJu

KwKw





''

00

00JuKw

uJuKw

可把上式变换为利用贝塞尔函数的递推式

这就是TE波和TM波共同的特征方程。可把上式变换为(6.9-1)

(6.9-2)当时,不能出现TE模和TM模,而只能

是, 同时共存。0m

zE

zH

所占的分量大时即为EH模,反之为HE模

zE

EH模的特征方程为





''

2211

mm

mmJuKw

m

uJuwKwuw





(6.9-3)

HE模的特征方程为





''

2211

mm

mmJuKw

m

uJuwKwuw





(6.9-4)应用贝塞尔函数的递推公式:



'

11

'

11mmmmm

mmmmmmm

JuJuJuJuJu

uu

mm

KwKwKwKwKw

uu









11mm

mmJuKw

uJuwKw





11mm

mmJuKw

uJuKwEH模HE模简化后的特征方程为:

(6.9-5)

(6.9-6)四种类型的模式:

m=0TE模,TM模

m>0EH模,HE模

利用(6.8-6)式

可把以上各模式的特征方程化为仅含一个未知量

u(或w)的方程。

22222222

120wVunnku

给定工作波长情况下,对应于一个m,贝塞尔函数

会有一系列解,求出的每一个u值的解就对应着一

个模式可得电场矢量z分量的表达式可写为:









)()()()(

sin

wKr

aw

KuJr

au

J

mAeE

mmmm

zi

zr≤a

r≥a

(6.8-3)对TE模必有

因此有常数A=00

zE





12''22

02211

0mm

mmJuKw

nn

AmB

uJuwKwuw











2211

JKm

uw





(6.8-8)由上式,得

还原J、K,得

''

22()()11

()()mm

mmJuKw

m

uJuwKwuw







(6.8-9)

上式就是弱波导光纤的近似特征方程。它具有

两组解。当方程右端取正号时得一组解,取负

号时得另一组解。