光纤的数值孔径

定义:数值孔径是衡量光纤收集或限制入射光线的能力。它是光纤最基本的特性之一。

数值孔径缩写为NA.并且显示在光纤内部收集光以进行传播的效率。

我们知道光通过光纤传播通过全内反射。或者我们可以说多次TIR在光线中发生在光纤内，以通过光纤从端部传输到另一个光纤。

基本上，当光从光源发射时，纤维必须高效，以便收集其内部的最大发射辐射。

因此，我们可以说光纤的光收集效率是通过光纤发送信号的关键特性。

na与之相关接受角。作为接受角度，光通过光进入光纤的最大角度。因此，接受角和数值孔径彼此相关。

通过光纤传播

正如我们已经讨论过的，光通过光纤是由几个连续的全内部反射传播的。

如我们所知，光纤由芯由由非常纯度的玻璃二氧化硅组成并且被玻璃包层包围。因此，通过执行来自包层的连续反射，光在纤维内传播。

但是，只有当大多数光在纤维内收集时，才能产生光线传播的总内反射的条件。因此，让我们现在详细了解光纤的数值孔径。

光纤数值孔径的推导

考虑光线XA，入射在光纤内。核心的折射率是ƞ₁那个包层是♥₂。

下图显示了光线在内部的光纤聚焦。

因此，通过用纤维轴的角度α从更密集的介质发射射线Xa。该角度α称为纤维的验收角。

该入射射线在光纤内传播，并通过核心包层接口完全反射。

但是对于这个，入射角应该比临界角大。否则，如果入射角小于临界角光线就会被反射，折射。

根据斯涅尔定律，入射光和折射光在同一平面传播。因此，在介质1(通常是空气)和核心界面应用斯涅尔定律。然后

从上面的图中，我们可以写

从等式1中的上述方程中放置θ的值，我们得到，

因为我们知道

在核心包层界面应用Snell定律，我们得到

将上述值替换在等式4中

从等式3中用上述值替换，我们得到

我们已经讨论过，介质1是空气，因此折射率ƞ为1。

我们更具体地说，我们可以说

这是光纤数值孔径的表达式，有ƞ₁作为核心和ƞ的折射率₂作为包层的折射率。

因此，我们可以得出结论，随着数值孔径显示光纤的光收集能力，因此其值必须高。较高的Na值，更好将是光纤。

然而，只有在两个折射率之间的差异很高，也是如此，只能实现NA的更大值。₁是高或ƞ₂很低。

但是，没有折射率低于1.如此，没有这样的材料存在，所以如果我们去除在核心上方的包层，则可以实现更大的NA。

虽然，对于光信号传播，唯一的动机不是具有高接受范围，而且还具有最小衰减的接受信号。

这是因为光纤具有最大的光收集效率，但不允许光正确地通过它，没有任何用处。

因此，必须考虑几个参数，用于选择适当的光纤以进行信号传播。