光纖數(shù)值孔徑

定義及相關(guān)概念

　　入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個(gè)角度α的正弦值就稱為光纖的數(shù)值孔徑（NA = sinα），多模光纖NA的范圍一般在0.18－0.23之間，所以一般有sinα = α，即光纖數(shù)值孔徑NA = α。有時(shí)，為了便于表達(dá)式簡(jiǎn)便，數(shù)值孔徑也有如下表達(dá)式：NA = nsinα，n為介質(zhì)折射率。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同。

　　在光學(xué)中，數(shù)值孔徑是表示光學(xué)透鏡性能的參數(shù)之一。用放大鏡把太陽(yáng)光匯聚起來(lái)，能點(diǎn)燃紙張就是一個(gè)典型例子。若平行光線照射在透鏡上，并經(jīng)過(guò)透鏡聚焦于焦點(diǎn)處時(shí)，假設(shè)從焦點(diǎn)到透鏡邊緣的仰角為θ，則取其正弦值，稱之為該透鏡的數(shù)值孔徑。

光纖的數(shù)值孔徑的影響因素及適宜范圍

　　光纖的數(shù)值孔徑大小與纖芯折射率，及纖芯－包層相對(duì)折射率差有關(guān)。從物理上看，光纖的數(shù)值孔徑表示光纖接收入射光的能力。NA越大，則光纖接收光的能力也越強(qiáng)。從增加進(jìn)入光纖的光功率的觀點(diǎn)來(lái)看，NA越大越好，因?yàn)楣饫w的數(shù)值孔徑大些對(duì)于光纖的對(duì)接是有利的。但是NA太大時(shí)，光纖的?；兗哟?，會(huì)影響光纖的帶寬。因此，在光纖通信系統(tǒng)中，對(duì)光纖的數(shù)值孔徑有一定的要求。通常為了最有效地把光射入到光纖中去，應(yīng)采用其數(shù)值孔徑與光纖數(shù)值孔徑相同的透鏡進(jìn)行集光。

　　數(shù)值孔徑是多模光纖的重要參數(shù)，它表征光纖端面接收光的能力，其取值的大小要兼顧光纖接收光的能力和對(duì)模式色散的影響。CCITT 建議多模光纖的數(shù)值孔徑取值范圍為0.18～0.23，其對(duì)應(yīng)的光纖端面接收角θc=10°～13°。

數(shù)值孔徑的計(jì)算

　　如果取NA = nsinα的表達(dá)式，則可以得到，數(shù)值孔徑表達(dá)式NA=根號(hào)下（n1^2-n2^2），其中n1表示纖芯折射率，n2表示包層折射率，是在階躍光纖的條件下推導(dǎo)出來(lái)的，即認(rèn)為纖芯區(qū)域的折射率是均勻的。但多模光纖目前大多為漸變光纖，其纖芯區(qū)域中的折射率是漸變的。所以對(duì)應(yīng)于的數(shù)值孔徑叫做最大理論數(shù)值孔徑NAt，而在實(shí)際中卻最常使用強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑NAe ，它們兩者的關(guān)系為NAt=1.05NAe