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定向耦合器的理论分析

定向耦合器的理论分析:
对于每一根波导的电场分布都可以看做是奇模和偶模的一个叠加:
现在分析两根波导定向耦合的情况,如下图所示的两根波导
在Z=0的位置:场的分布可以写为:
在Z=L的位置,场的分布可以写为:
之所以这么写,是因为经过距离L之后多了相位的变化。

然后再根据上图中的(b)图,可以得知,在Z=L位置和Z=0的位置处场分布的关系
其中t1为波导1的透射系数,k1为波导2到波导1的耦合系数
t2为波导2的透射系数,k2为波导1到波导2的耦合系数
然后将Z=0处的场分布带入到上式中,得到:
经过整理后得到
K0(x)写错了,应该是奇次模对应的
比较:

得到
然后根据上面的式子可以得到:
继续化简得:
重新定义耦合系数和透射系数,得到:
这个地方需要注意了,这就是我最容易出错的地方,此时的k是自己定义的,而真正在耦合中用到的真实的k的大小应该是包括虚部的;
其中:
根据上面的重新定义,可以写出在L位置处场的分布:
进而将上面的式子写成转移矩阵的形式:
继续化简:
从而得到E1和E2的关系有:
注意:这里的转移矩阵方法和我平时所接触到的正好是一个相反的顺序~这是一个很需要注意的问题!!!。

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