混合模

混合模 (hybrid mode) 電磁波傳播方向上既有電場分量又有磁場分量的波型,又稱混雜模或孿生模。一般用HE模或EH模來表示。

中文名:混合模

英文名:hybrid mode

基本介紹

  • 中文名:混合模
  • 外文名:hybrid mode
混合模簡介,特點,

混合模簡介

管壁非完全導電的規則波導一般不存在單純的TE模和TM模,傳輸的電磁波一般是混合模。管壁非完全導電,即管壁有電阻,管壁表面的切向電場就不為零,傳輸的電磁場將不是由切向電場為零的邊界條件所得到的正規模;另一方面,該切向電場已成為電源,將激發出其它模式,即模式之間有了耦合,故傳輸的電磁波為混合模[1]。以圓形波導為例,若輸入圓形波導的是TE模,管壁表面的縱向電流將在管壁上產生縱向電壓,亦即產生了有縱向電場的模式,即TM模;若輸入圓形波導的是TM模,在管壁表面的電場分Eφ.將不為零,管壁將有橫向電流Jφ,與此相聯繫,在波導內就將有縱向磁場的模式,即TE橫。只有對稱模式TEon模沒有縱向管壁電流,不會產生縱向電場;對稱模式TMon模沒有Eφ分量,不會產生縱向磁場,才能保持單純的TEon或TMon模。因此,非完全導電管壁電阻損耗將起模式的耦合作用,使傳輸的電磁波一般為混合模。
在橫向非均勻媒質填充波導相開波導中,一般也不存在單純的TE模和TM模。為了滿足媒質分界面上的電磁場連續條件,要求電磁場的六個分量都不等於零。但在一些特殊情況下,倒如媒質分界面與y軸平行的介質板部分填充矩形波導,見圖,混合模的Ex或Hx有可能為零,稱之為縱模:縱磁模(LM橫)的Hx=0或Hy=0;縱電模(LE模)的Ex=0或Ey=0。
圖1   介質板部分填充矩形波導圖1 介質板部分填充矩形波導
混合模一般包含所有6個場分量[2],既有縱向電場,又有縱向磁場,可以看成是TE模和TM模按一定比例的組合,因此有時可利用已有的TE模和TM模的公式來導出這種組合模的場分量,其TE模和TM模的比例關係要由具體結構的邊界條件來決定。

特點

①電磁波傳播方向既有電場分量又有磁場分量。
②混合模是管壁非完全導電規則波導或有關導行系統的簡正模(單獨適合麥克斯韋方程組並滿足波導邊界條件的解),具有離散譜。
③結構理想的波導中混合模互相正交,彼此獨立,互不耦合,但波導中的任何不規則性都會使混合模發生耦合。
光纖中的HE和EH模
光纖中實際存在的是混合模,並可分為HEmn和EHmn兩套混合模。從物理圖像來說明,光纖中的導波場Er和Eφ相位差π/2,而幅度不同,可以認為是橢圓極化的,故光纖中的波型是橢圓極化波。它們由兩個強弱不同的圓極化波組成,若強者為右旋圓極化波(其旋轉方向與波行進方向一致)則為HEmn模;若強者為左旋圓極化波(其旋轉方向與波行進方向相反)則為EHmn模。波型指數m、n分別是電磁場沿圓周和徑向的變化次數。
光纖中的HEmn和EHmn模具有表面波特徵,其截止是由於輻射模的出現。
HE11模是均勻光纖的主模,是單模光纖的工作模式。線極化的HE11模相似於金屬圓波導中的TE11模,不同的是前者是有六個場分量的混合模,後者是純TE模。
在實用的光纖中,混合模的縱向場分量遠小於橫向分量,而且任何EHm-1,n模和HEm+1,n模是簡併的,疊加結果構成弱導光纖的線極化模,簡稱LP模(見簡併模)。

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