光纤的数值孔径

定义:数值孔径是光纤收集或限制其内部入射光射线的能力的测量。它是光纤最基本的性质之一。

数值孔径简称为NA并展示了在光纤内部收集光以便传播的效率。

我们知道光通过光纤传播全内反映。也可以说,光纤内部发生了多次TIR,使得光线通过光纤从一端传到另一端。

基本上,当光从一个光源发出时,光纤必须是高效的,以便在其内部收集最大的发射辐射。

因此,光纤的光聚集效率是通过光纤传输信号的关键特性。

NA与接受角度。接受角是光线进入光纤的最大角度。因此,接受角和数值孔径是相互关联的。

通过光纤传播

如我们已经讨论过的,通过光纤光的光被几个连续的全内反射传播。

正如我们所知,光纤是由一个由非常纯的玻璃二氧化硅构成的核心组成的,其周围覆盖着一层玻璃。因此,光通过包层的连续反射在光纤内部传播。

但是只有当大部分的光被收集到光纤内部时,光的传播才能达到全内反射的条件。那么,现在让我们详细地了解光纤的数值孔径。

光纤数值孔径的推导

考虑一束光XA,在光纤内部的入射。中心的折射率为ƞ1包层的是ƞ2

下图显示了一根光纤,光线集中在光纤内部。

通过光纤传播

因此,XA射线与纤维轴成α角,从较密集的介质发射到较稀少的介质。这个角α被称为纤维的接受角。

入射光线在光纤内部传播,并通过纤芯包层界面完全反射。

但是,对于与临界角度相比,事件的角度应该更多。否则,如果入射角较小,则临界角度而不是反射,则射线被折射。

根据Snell的定律,入射和折射射线在同一平面上传播。因此,在介质1(通常是空中)和核心界面上应用Snell定律。然后

eq1

从上图,我们可以得出

eq2

将上述方程中的θ值代入方程1,得到:eq3

自从我们知道以来eq4

将斯涅尔定律应用于核包层界面,得到eq5

将上面的值代入方程4eq6

将上述值代入方程3,得到扩音器

如我们已经讨论的那样,媒体1是空气,因此折射率即,ƞ将是1。

所以更具体地说eq8

这是光纤数值孔径的表达式,具有ƞ1折射率为芯和ƞ2作为包层的折射率。

因此我们可以得出结论,由于数值孔径反映了光纤的集光能力,因此其值一定很高。NA值越高,光纤越好。

然而,只有当两种折射率差较大时,才能获得较大的NA值,对于这一点,可以使用ƞ1是要高还是ƞ2低。

但没有一种材料的折射率低于1。所以,一种选择是,如果我们移除在核心上的包层,那么更大的NA可以实现。

而对于光信号的传播,唯一的动机不是要有高的接受范围,而是要以最小的衰减传播被接受的信号。

这是因为具有最大光收集效率但不允许正确传播的光纤,不可用。

因此,为了选择合适的光纤进行信号传输,必须考虑几个参数。

关于“光纤数值孔径”的6个思考

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