1. 首頁 > 生活百科 > >

光學數值孔徑NA 數值孔徑

越眾創業網

數值孔徑(光學數值孔徑NA)
數值孔徑:數值孔徑(NA)
NA=n*sinθ
數值孔徑是無量綱的，沒有單位，但代表一個角度范圍；
空氣體的折射率為n=1，所以在空氣體中，na = sinθ；
NA是光纖的一個重要參數，用光線光學(幾何光學，實際上把光束看成是一條直線光線)來描述，可以耦合到光纖的角度范圍內 。

如圖，只有2θ (2θ常稱為全角，θ稱為半角)角度范圍內的光，即數值孔徑NA≦sinθ，才能耦合進光纖；
你是怎么得到這個θ值的？
根據纖芯和包層之間的折射率差異，光在纖芯中發生全反射 。
以上是用光線光學解釋光纖耦合的條件，那么如何用波動光學解釋光纖耦合的條件(強調光強的分布，把光束當作整體運動的電磁波)？
高斯光斑在空氣體中，向兩邊擴散:

可以看出，在向兩邊擴散的過程中，光斑不斷分散，高斯光斑沒有明顯的邊界，所以光斑中心的光強下降到1/e 2 ≈ 13.5% (e ≈ 2.718)，默認為“邊界”；
只有虛線框中的光束可以耦合到光纖中；；

為什么？
然后往下看；
高斯光斑尺寸=MFD(摩爾場直徑模場直徑)到達纖芯可以完全耦合進光纖；；
這個理論從何而來？
答:是從麥克斯韋方程+邊界條件推導出來的；
為什么光學難學？因為一切現象都不是想當然的，而是用偉大復雜的數學模型來解決的，屬于數學問題；

MFD>D，即模場直徑大于纖芯直徑；
高斯光束，1/e 2 = 13.5%的功率在纖芯外和包層中傳輸 。

X射線光學解釋中的NA=sinθ只能解釋光纖與高斯光束耦合的基本特性 。
比如用幾何光學模擬高斯光在波導中的傳播(取纖芯和包層的折射率差為0.1):
【光學數值孔徑NA 數值孔徑】幾乎所有的光都漏進包層；

通過拉長光纖，我們可以看到包層中的光最終會被束縛，因為包層和空氣體的折射率差很大，但是所有的光都在包層中傳輸，實際上并不存在(纖芯對光失去束縛作用):

為了解釋光纖與高斯光束耦合的具體特性，我們必須使用波動光學理論 。
例如，波動光學用于模擬高斯光在波導中的傳播(纖芯和包層的折射率差為0.1):
光保持完整，并被波導很好地引導 。

x射線光學和波動光學是看光學問題的兩個緯度，實際上是統一的(或者承受反復念叨:光的波粒二象性，哈哈)；
我以為我們同意談納 。為什么又把波動光學和高斯光束搬出來了？
重點是:
我們來看看康寧SMF-28e+(單模光纖)規范中對NA的描述:

數值孔徑NA=0.14用遠場掃描法測得，從光斑中心掃描換算到功率下降到1%的位置 。
但是，高斯光斑的大小不是按照光斑中心功率衰減到1/e 2的點來計算的嗎？
因此，在計算高斯光束與光纖耦合時，光纖的數值孔徑NA要換算成1%→1/E2；
na1/e^2=na1%/(1-1%)*(1-1/e^2)≈0.12
再者，由于測量誤差的原因，實際測量角度會大于理想角度，所以理論計算中常取Na1/E 2為0.1(經驗換算)；

    推薦閱讀