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1、第三章作业*3.1解:在无源、线性、无损电介质中,谐变电磁场的 Maxwell 方程为: E j0H Bv jHv E 0 B 0v(1)v对任何矢量有恒等式r Av v v rez Az rAt r A t ezezt Azezt(2)tz z对于电场分量有 Ev evEtHv ev E j(3)tzzztz0t可以得到v Evtvv j0Ht ez t Ezez(4.1)zev Ht jEv ev H(4.2)zztztz(4.1)和(4.2)式即书中式(2.27)和式(2.28)。对于任意纵向均匀的光波导,延 z 方向传输的电磁场模式有如下形式 Evr, z Er, exp jzHv r
2、, z Hv r, exp jz(5)满足:EvrHrt jEt , t jHt(6)z将(6) 代入(4.1)和(4.2)中得到:zjev E j H ev E(7.1)zt0tzt zjev H jE ev H(7.2)zttztz(7.1)并利用er (erA ) rtrerAt 得到:zzzjE j ev H E(8)t0 ztt z利用(7.2)消去er H 得到:ztrrj Etj E e H E22(9)0t0 ztzt zr考虑到 k n 并解出 Et 得到:22 200rEt (10)zr同理,利用(7.1), (7.2)消去 Et 得到:Hv j Hv ev Ev (11)
3、tk n tzzt z2 220 r 1evev令,则可以得到柱坐标下切向分量的表达形式为trrH Hz Ez jrk n 22 rr 20 Hz Ez Hjk n r2 22 r0v(12) Ez 0 Hz jEk n 2 22 rrr0v EzHz jE k n r 2 22 0r0*3.4 证明:在弱导近似中,电场和磁场的横向分量之间存在下述关系: Hv Evevtzt0证明:在弱导近似下,n1n2= n, Ez0, k0nn0(00)1/2。由上题(7.1)式得: j er E j Hzt0tn 00re E re E rrrk0nrrrrH e E e Etztztztzt0000*3.5 证明参见 3.3 节*3.6证明由于UJm 1 U 1 2mJU UJU 2m UJm 1U (10)J U J U J U mm 1mmm所以UJm 1 U 2m UJm1
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