光纤_公式推导.doc

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当光纤包层半径足够大时,

在包层边界之处,导波场将衰

减到很小。在柱坐标系中有

将式代入(2.2.31)中,则可变换为

均匀光纤(芯层折射率为),芯层中和的波方程为

包层(折射率为)中,和的波方程为

假设试探函数为

是待定系数,是随的变化规律,是随的变化规律,是随的变化规律。

首先讨论的表达式形式,设导波沿向传播,由导波概念可知,导波沿向呈行波状态。用表示行波的相位常数,则有

表示沿光纤周围方向的变化规律。由导波理论可知,导波沿向呈驻波状态变化。所以可以表示为

m=0,1,2…

将试探函数代入式①②中,可求得的表达式

式③是只含的贝塞尔方程。

数学上标准贝塞尔方程为

令,则③式可化为

光纤芯层中贝塞尔方程的解为

=

式中A、B为待定系数,为m阶第一类贝塞尔函数,为m阶伽玛函数。m为正整数有

当时,,与物理上不成立

在包层中

可得

由以上分析,光纤中的表达式可写为

为应用方便,可写成以下形式

由于在r=a且在处,电场切向分量相等

在r=a处

综上所述,表示如下

第一套解

根据光纤中电磁边界条件,在r=a处使得

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