光纤的数值孔?/p>
光纤是由纤芯?/p>
包层所组成的圆柱形的介质光波导?/p>
纤芯的折射率总是比包层的折射?/p>
略大。当光波从折射率
较大的介质入射进入较小的介质时,会在两种介质的边界发生折?/p>
和反射。斯奈尔?/p>
Snell
)定律描述了入射角和
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跃折射率光纤中传播的情况。设纤芯的折射率?/p>
n
1
,包层的折射
率为
n
2
,光线从折射率为
n
0
的介质中进入光纤纤芯,光线与光纤轴之间的夹角?/p>
θ
0
。光
线进?/p>
纤芯后以入射?/p>
α
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?/p>
射角?/p>
θ
2
,根据斯奈尔定律?/p>
?/p>
设当
α
?/p>
θc
时,折射?/p>
θ
2
?/p>
90°
,这时,所有入射的光都不会进入
n
2
介质。当
α
?/p>
θc
时,?/p>
n
1
?/p>
n
2
的界面上
有全反射发生?/p>
?/p>
1
理想的阶跃折射率光纤中,子午光线传播的射线光学表?/p>
根据式(
7-2
)可以得到在
n
1
?/p>
n
2
的界面上有全反射发生,在空气?/p>
no
?/p>
1
)中光线
的最大入射角?/p>
θ
o
,max
所应满足的关系式:
这里?/p>
Δ=(n
1
-n
2
)/n
1
是光纤芯层与包层的相对折射率差?/p>
NA
是一个无量纲的数?/p>
它表示光纤接收和传输光的能力?/p>
通常
NA
的数值在
0.14
?/p>
0.5
范围之内。光纤的数值孔?/p>
NA
越大,光线可以越容易地被耦合到该光纤中?/p>
光纤中有子午线和斜光线两类射线可以传播,
子午光线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?/p>
对光纤中射线传播的一般特性进行分
析时仅使用子午光线就足够了?/p>
上述有关光纤的数值孔径的分析就是应用光的射线理论对子
午光线的分析获得的?/p>
定义及相关概?/p>
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输?/p>
只是在某个角度范围内的入射光才可以?/p>
这个角度
a
的正弦值就称为光纤的数值孔径(
NA
?/p>
sina
?/p>
,多模光?/p>
NA
的范围一般在
0.18