光纤的数值孔径.docx

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1、光纤的数值孔径光纤是由纤芯、包层所殂成的圆柱形的介质光波峥。纤芯的折射率总是比包层的折射率略大.当光波从折射率较大的介质入射进入较小的介质时,公在两种介质的边界发生折射和反射.斯奈尔(Sne1.1.)定律描述/入射角和折射角与介质折射率的关系.图1所示的是一束子午光线在一个阶跋折射率光纤中传播的状况.设纤芯的折射率是n,包层的折射率为足，光线从折射率为no的介质中迸入光纤纤芯，光线与光纤轼之间的夹角为o,光线进入纤芯后以入射角Q投射到纤芯与包层的界面上，并在界面上发生折射和反射,设折射角是82.依据斯奈尔定律,有n1sin=n2sin(%)(7-1)%Sin(Go)=%sin(01)=n1co

2、sa(7-2)设当=8c时,折射角62=90。,这时,全部入射的光部不会进入m介质.当8c时，即n和r)2的界面上有全反射发生.图1志向的阶次折射率光纤中.子午光线传掳的射线光学表示依据式(7-2)可以得到在山和m的界面上有全反射发生，在空气,i)=111sin(90,-t)、/；(7-3)定义数值孔径(Numerica1.Apcnure.NA)为NA=M-Kny2(7-4)这里,=(m-n2)m是光纤芯层与包层的相对折射率差.NA是一个无，蜗的数，它表示光舒接收和梅光的实力.通常NA的数值在0.140.5落黑之内.光纤的数值孔径NAjIt大，光线可以越简单地被演合到该光纤中.光纤中有子午或和

3、斜光或两类射线Ur以传播，子午光战是经过光纤对称轴的子午平面内的光线射线,而斜光线是沿一条类似于螺旋形的路径.对光纤中射线传播的一般特性进行分析时仅运用子午光线就足婚了，上述彳!1关光纤的数值孔径的分析就是应用光的射线理论对子午光践的分析获得的，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，只是在某个角度范国内的入射光才可以。这个角度a的正弦假就称为光纤的数值孔径(NA=Sina),多模光纤NA的范明一般花0.18-0.23之间,所以一般有Sina=a即光纤数值孔径NA=a.不同厂家丁产的光纤的数值孔径不同.在光学中，数伯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

4、点燃纸张就是一个典型例子。若平行光线照楸在透镜上，并经过透镜会焦于焦点处时，假设从侬点到透镜边域的仰角为a则取其正弦值.称之为该透镜的数值孔径.光舒的数值孔径的影响因索及相宜相HI光纤的数值孔径大小与纤芯折射率，及纤芯一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实力.NA越大,则光纤接收光的实力也越强.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得定的要求。通常为了最有效地把光射入到光纤中去，应采纳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笊要参数.它去征光纤用而接收光的实力，其取值的大小要我枝光纤接收光的实力和时模式色敌的影响，CCITT建议多模光纤的数伯孔径取值范第为0.18-0.23.其对应的光纤端面接收角c=10-13数值孔径的计算数伯孔径表达式NA=根号下（n1.2n29）,其中n1.表示纤芯折射率，。2表示包层折射率，是在阶次光纤的条件卜推导出来的，即认为纤芯区域的折射率是匀称的。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0所以对应于的数值孔径叫做最大理论数值孔径NAt,而在实际中却最常运用强慢彳效数但孔径NAe,它们两者的关系为NAt=I.OSNAe