通常,强耦合只发生在两个耦合模式(如1和2)之间,忽略其他耦合模,可将式(1)简化为
设只有模式1输入耦合系统,且β1=β2=β(即Q12→∞)和K12=K21=-jc都是常数,则式(6)的解为
图1给出|A1|和|A2|随坐标z的变化的曲线,其中实线表示β1=β2情况下的解式(7),说明两种模式之间可以实现能量的完全转换;虚线表示常耦合和β1厵β2情况下的解,可见,这时不可能实现能量的完全转换。
在周期性耦合情况下,耦合能力为
适当选择周期λ1,即使在Kii厵Kjj的情况下也可能使(图2)实现模式间能量的完全转换。
耦合模方程的不同形式 为了导出耦合模方程,需要将麦克斯韦方程中的场按正交函数集展开,采用不同的正交函数集能得到不同的耦合模方程。例如,波导中的正交函数集对应于其全部电磁波模式(对于开波导还应包括辐射模)。凡沿波导独立传输而不存在耦合的都称为简正模,耦合模则是非简正模。不均匀波导中的电磁波可以按参考波导中的简正模集展开,选择不同的参考波导,对应有不同的简正模集,得到不同的耦合模方程。
以变截面波导为例(图3),用虚线表示不同截面位置处的三种参考波导所分别对应的三组简正模:理想模、本地模和超本地模。与理想模对应的参考波导是均匀波导,其截面形状和大小与实际波导输入端处一致;与本地模对应的参考波导是截面形状和大小与观察点处实际波导相一致的均匀波导;与超本地模对应的参考波导是形状与观察点处实际波导一致、且两者纵剖面边界线相切的喇叭形波导。后两组模式随观察点位置而改变,其模式特性主要由“本地”特性决定。