Fibra optica. Teoria și practica
Devid Beyli, Edvin Rayt
3.3. Apertura numerică
* În secțiunile anterioare ale acestui capitol discută procesul de trecere a luminii printr-o fibră optică. Această secțiune va discuta cerințele pentru a primi razele în fibra optică.
După cum sa menționat în secțiunea 3.1.7. pentru transmiterea cu succes a luminii prin fibre optice, el trebuie să intre în fibre și reflectate din manta cu unghiuri mai mari decât critic. Datorită faptului că, ca urmare a direcției de propagare refracție (razele de lumină variază, pentru a trece cu succes fasciculul prin fibra optică sunt suprapuse peste limita unghiul la care fasciculul poate intra în miezul. Orice incident ray pe carcasă la un unghi mai mic decât valoarea critică, va penetra învelișul și va fi pierdută. Acest lucru este prezentat în Fig. 3.10.
Deoarece fibrele cilindrice incluse în grinzile din fibre formează un con. Toate razele care intră în miezul din interiorul conului, va cădea pe piele, la un unghi mai mare decât critic, prin urmare, va fi capabil să se propage cu succes de-a lungul fibrei. Acest con este numit „conul de acceptare“ (Fig. 3.11).
Fig. 3.10. Fasciculul de lumină pătrunde în miezul fibrei
Fig. 3.11. Conul care primește fibra optică
Jumătate (# 952; 1) din unghiul la vârf al conului de recepție se numește „unghiul de acceptare“. Valoarea sa depinde de indicii de refracție ai miezului, coajă și aer (fiind aer în indicele de refracție 1), sau orice altă sursă de material de lumină. Lumina fasciculul care intră în miez la un unghi mai mare # 952; 1 vor fi împrăștiate în coajă. O rază de lumină la intrarea într-un unghi de exact # 952; 1. Acesta va cădea la limita de miez și înveliș sub unghi (critică) # 952 C și se va deplasa paralel la frontieră.
Pentru a specifica capacitatea colectivă a fibrei, o măsură specială. Se numește „deschidere numerică“ (apertura numerică). Apertura numerică este sinusul unghiului de acceptare, adică .:
Acesta poate fi, de asemenea, exprimată în termeni de indice de refracție de fibre de multiplicare.
În cazul în care există două fibre cu același diametru de bază, dar cu diferite deschideri numerice, fibra cu deschidere mai mare va accepta mai mult din energia luminii de la sursa de lumină decât fibra cu o deschidere mai mică. Dacă există două deschideri pentru fibre identice, dar cu diametre diferite, fibre cu un diametru mai mare în miez primi energie mai mare lumină decât o fibră cu diametru mai mic. Acest lucru este prezentat în Fig. 3.12.
Fig. 3.12, de asemenea. Fibers cu diferite deschideri numerice, dar cu diametre identice
Fig. 3.12, b, fibrele cu aceleași deschiderile numerice, dar cu diametre diferite
Fibre optice cu diametre mari, sau deschiderile să ia mai multă lumină decât deschiderile de fibre sau diametre mai mici. Fibers cu deschideri mari și diametre sunt mai potrivite pentru emițătoare de costuri mici, cum ar fi diode, care nu sunt în măsură să se concentreze energia de ieșire într-un fascicul îngust de coerente (ca lasere) și radiază la un unghi mare. Cu toate acestea, un dezavantaj fibrele cu astfel de parametri este mare dispersie (împrăștiere) a luminii injectate în miez, și, prin urmare, reducerea lățimii de bandă de transmisie fibra (discutate mai jos în secțiunile 3.5 și 3.6). Pe de altă parte, cu un diametru mai mic de fibre sau de deschidere va avea o lățime de bandă mai mare. Acest lucru se datorează faptului că în miez sunt raze de lumină relativ paralele și dispersia lor de-a lungul fibrei este mai mică. Dezavantajul în acest caz, este nevoie de mai multe surse de lumină scumpe (cum ar fi lasere), oferind un grinzi mai înguste de lumină, și într-o aliniere mai precisă a emițătorului și a miezului.