光纤的数值孔径(NA)是最大入射角的正弦值


发布时间:2019-11-22

  大的数值孔径凡是对应于光纤结尾的基模的光束发散角很大,可是光束发散角也依赖于纤芯曲径。对于非阶跃折射率光纤(纤芯的折射率不是),福星彩,能够按照等效阶跃折射率截面定义无效数值孔径,能够获得雷同的模式性质。还能够按照纤芯最大处的折射率计较数值孔径。还有其他基于光纤出射光的远场外形的方式,凡是取光强衰减到最大值的5%时角度的正弦值。正在任何环境下,采用数值孔径值时需要指出其具体的定义,由于分歧的定义会获得分歧的成果。

  图1:入射光线先颠末散射,然后正在纤芯-包层界面处发生全反射。只要当入射角不是很大的时候才会发生。

  具有大数值孔径的透镜正在准曲从小孔径获得的激光光束中会用到。例如,低功率单模激光二极管就是这种景象。但透镜的数值孔径若是太小,获得的准曲光束会存正在畸变以至被截断。

  显微镜中,数值孔径会成像的分辩率。能够正在样品和物镜透镜之间采用一些具有很大折射率的浸镜油提高数值孔径,如许数值孔径大于1.

  随机折射率涨落对导波的影响变小。(对于大模式面积低数值孔径的单模光纤,这是一个很大的问题。)

  正在纤芯面积很小时(例如单模光纤),光束的波动特征变得较着,射线图就不精确了。(不克不及忽略光束发散角。)仍然能够采用的式子定义NA。当折射率外形不是矩形时,即非阶梯折射率光纤,该概念就呈现问题了。

  该式是由透射光束以全反射角正在纤芯-包层界面获得的。此中,n0为光纤附近介质的折射率,若是是空气,那么它约等于1.

  透镜的数值孔径(显微镜物镜,是透镜的组合)的定义是来自核心的边缘光纤角度的正弦值取介质折射率的乘积。透镜的数值孔径会获得的束腰的尺寸。因而,正在数据存储介质(例如CDs,DVDs,蓝光光盘)的播放器和录音机等需要打数值孔径的透镜。

  数值孔径决定的角度可认为最大的光波横向空间频次,等于数值孔径除以实空波长。(而对于角频次或者横向波矢成分,最大值等于该值的2π倍。)正在单模光纤和少量模式光纤中,需要将波的细节考虑正在内,以上关系只能给出近似的成果,而多模光纤环境下成果是相对精确的。

  单模光纤的NA凡是正在0.1量级,可是能够正在0.05-0.4之间变化。多模光纤凡是具有更大的数值孔径,例如0.3。光子晶体光纤的数值孔径很是大。

  正在射线图中,光束能够看做正在空气中,然后入射到具有很大模式面积的阶梯折射率光纤的纤芯上(垂曲切割)。

  纤芯浓度越高,需要的折射率差越大,因而会提高散射损耗。纤芯-包层界面的犯警则性也会带来不异效应,这正在折射率差很大时很是主要。

  光纤的数值孔径(NA)是最大入射角的正弦值,如许透射的光束能够正在纤芯中。NA由纤芯和包层之间的折射率差值来决定,更精确的说可由下列关系确定:

  单模导波需要更小的纤芯曲径。对应的模式面积更小,因而光纤结尾光束的发散角更大。光纤非线性响应的会添加。相反的,大模式面积单模光纤的数值孔径很小。