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光纤数值孔径

科普小知识2022-10-03 23:22:29
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数值孔径是多模光纤的重要参数,它表征光纤端面接收光的能力,其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。

中文名:光纤数值孔径

表达式:NA=nsinα

性质:表示光学透镜性能

特点:不同的光纤的数值孔径不同

1、定义及相关概念

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径(NA=sinα),多模光纤NA的范围一般在0.18-0.23之间,所以一般有sinα=α,即光纤数值孔径NA=α。有时,为了便于表达式简便,数值孔径也有如下表达式:NA=nsinα,n为介质折射率。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。

在光学中,数值孔径是表示光学透镜性能的参数之一。用放大镜把太阳光汇聚起来,能点燃纸张就是一个典型例子。若平行光线照射在透镜上,并经过透镜聚焦于焦点处时,假设从焦点到透镜边缘的仰角为θ,则取其正弦值,称之为该透镜的数值孔径。

2、光纤的数值孔径的影响因素及适宜范围

光纤的数值孔径大小与纤芯折射率,及纤芯-包层相对折射率差有关。从物理上看,光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。NA越大,则光纤接收光的能力也越强。从增加进入光纤的光功率的观点来看,NA越大越好,因为光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。但是NA太大时,光纤的模畸变加大,会影响光纤的带宽。因此,在光纤通信系统中,对光纤的数值孔径有一定的要求。通常为了最有效地把光射入到光纤中去,应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的透镜进行集光。

数值孔径是多模光纤的重要参数,它表征光纤端面接收光的能力,其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。CCITT建议多模光纤的数值孔径取值范围为0.18~0.23,其对应的光纤端面接收角θc=10°~13°。

3、数值孔径的计算

如果取NA=nsinα的表达式,则可以得到,数值孔径表达式NA=根号下(n1^2-n2^2),其中n1表示纤芯折射率,n2表示包层折射率,是在阶跃光纤的条件下推导出来的,即认为纤芯区域的折射率是均匀的。但多模光纤目前大多为渐变光纤,其纤芯区域中的折射率是渐变的。所以对应于的数值孔径叫做最大理论数值孔径NAt,而在实际中却最常使用强度有效数值孔径NAe,它们两者的关系为NAt=1.05NAe

临界光锥与数值孔径

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