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。0m
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
uJuKwEH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
zr≤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。