根据光纤的具体结构,利用上述矢量波动方程,原则上是可以得到某些少数特定结构的光纤中光场的精确分布。但方法繁琐,结果复杂,利用这些结果去分析光纤的色散特性很困难。本节我们通过一种标量的近似解法,结合阶跃光纤进行求解。给出一些物理意义明确的结果。
我们知道,对通信用光纤,纤芯、包层折射率相差很小,Δ<<1。在这种情况下,纤芯、包层界面上全反射角的临界角接近 90°,光纤中导行波的射线几乎是与光纤轴平行传播的。这种波接近 TEM 波。电磁场的轴向分量很小,横向分量占优势,该横向场的极化方向在传播过程中基本保持不变,横向电场和磁场之间的关系可用波阻抗[图片]来表示。
现在我们近似假定横向场的极化方向保持不变,这样就可用一个标量来描述
它,它将满足标量亥姆霍兹方程。由此我们可以通过解该横向场的标量亥姆霍兹方程求得解答。这种方法叫标量近似分析法。可以看出,标量近似分析法是以 n1≈n2为前提的。下面我们将用标量近似分析法推导出场方程、特征方程,介绍标量解的模式分布,讨论各模式的传输特性及光纤中的功率分布等。