要确定光纤中导波的特性,就需要确定u、w和β,这三个参数我们已在式(2.44)中作了定义。
对于u、w和β三个变量,在式(2.44)中只有两个方程,还需要找出另一个关系式,才能确定所有三个量,这个关系式就是特征方程。
基于式(2.50)和式(2.51)这两个电磁场分布函数,再考虑到贝塞尔函数的特点,及电磁波在光纤纤芯和包层间的边界条件,以及适当假设,我们就可以得到光纤的电磁场分析下的特征方程。
下面利用边界条件之一,即光纤在纤芯和包层的边界r=a处,电场的轴向分量连续,来求特征方程。
在界面r=a处,根据边界条件,有[图片],将边界条件带入式(2.50a)和式(2.50b)可得
上式要在任意θ值均成立,就要求方程两边含有sin(m+1)θ项和sin(m-1)θ项的系数分别相等,于是可得
[图片]
大多数通信光纤的纤芯与包层相对折射率差Δ都很小(例如Δ<0.01),因此有n1≈n2≈n和β=nk的近似条件。这种光纤称为弱导光纤,对于弱导光纤沿z方向传输常数β满足的本征方程可以简化为
此即为均匀光纤弱导条件下的特征方程。