Optische Faser ist eine Kunststoff- oder transparente Faser, die zur Ausbreitung von Licht verwendet wird. Das Arbeitsprinzip dabei ist die Totalreflexion von völlig unterschiedlichen Wänden. So kann Licht über große Entfernungen übertragen werden, da die Flexibilität der Glasfaser ausreicht. Dies wird also in Mikroskopen verwendet, die Daten in Mikrogröße haben Kommunikation , in feinem Endoskopdesign usw. An Glasfaser Das Kabel besteht aus drei Schichten wie Kern, Ummantelung und Mantel. Eine Kernschicht ist von einer Ummantelung umgeben. Hier wird die Mantelschicht normalerweise mit Kunststoff oder Kieselsäure ausgeführt. Die Hauptfunktion des Kerns innerhalb der optischen Faser besteht darin, ein optisches Signal zu übertragen, während der Mantel das Licht im Kern lenkt. Da das optische Signal durch die Faser geführt wird, wird es als optischer Wellenleiter bezeichnet. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über die numerische Apertur von Lichtwellenleitern.
Was ist die numerische Apertur von optischen Fasern?
Definition: Die Messung der Fähigkeit einer optischen Faser, den darin auftretenden Lichtstrahl zu sammeln, ist als numerische Apertur bekannt. Die Kurzform davon ist NA, die die Effizienz mit veranschaulicht das Licht welches in der Faser gesammelt wird, um sich zu vermehren. Wir wissen, dass sich das Licht während der Totalreflexion durch eine optische Faser ausbreitet. Innerhalb der Faser finden also mehrere Totalreflexionen statt, um von einem Ende zum anderen zu übertragen.
Glasfaserkabel mit interner Reflexion
Sobald der Lichtstrahl von der Quelle einer optischen Faser erzeugt wird, sollte die optische Faser sehr effizient sein, um die maximal emittierte Strahlung darin zu erhalten. Wir können also sagen, dass die Effizienz eines Lichts, das von der optischen Faser kommt, die Hauptfigur ist, sobald ein Signal durch eine optische Faser übertragen wird.
Die numerische Apertur ist mit dem Akzeptanzwinkel verbunden, da der Akzeptanzwinkel der maximale Winkel ist, während Licht durch die Faser wandert. Daher ist der NA- und Akzeptanzwinkel miteinander verbunden.
Numerische Apertur des optischen Faserexperiments
Das Diagramm des Lichtleiterexperiments ist unten gezeigt. In der folgenden Abbildung wird ein Lichtstrahl, der in die Glasfaser übertragen wird, mit „XA“ bezeichnet. Hier ist '1' der Brechungsindex des Kerns und '2' ist der Mantel.
Das folgende Bild zeigt, dass der Lichtstrahl auf eine optische Faser fokussiert ist. Hier wandert der Lichtstrahl mit einem Winkel „α“ durch die Faserachse von einem dichteren zu einem selteneren Medium. Der α-Winkel wird als Akzeptanzwinkel im Glasfaserkabel bezeichnet.
Dieser einfallende Strahl wandert innerhalb des Faserkabels und wird vollständig durch die Grenzfläche zwischen Kern und Mantel reflektiert. Der Einfallswinkel muss jedoch im Gegensatz zum kritischen Winkel größer sein. Wenn der Einfallswinkel im Vergleich zum kritischen Winkel niedrig ist, wird der Strahl gebrochen und nicht reflektiert.
Basierend auf dem Gesetz von Snell werden der gebrochene Strahl und der Einfallswinkel innerhalb desselben Winkels übertragen.
Numerische Apertur der optischen Faser
Wenn Sie dieses Gesetz an der Grenzfläche zwischen Medium 1 (Luft) und Kern anwenden, lautet die Gleichung
Ƞ sin α = Ƞ1 sin θ
Der θ-Wert kann wie folgt aus dem obigen Bild geschrieben werden.
Θ = π / 2- θc
Durch Ersetzen des Wertes von 'θ' in der obigen Gleichung
Ƞ sin α = Ƞ1 sin (π / 2- θc)
Ƞ sin α = Ƞ1 * sin (π / 2) - sin (θc)
Aus der Trigonometrie wissen wir, dass sin θ = cosθ und sin π / 2 = 1 ist
Ƞ sin α = Ƞ1cos (θc)
sin α = Ƞ1 / Ƞ cos (θc)
Wir wissen, dass cos θc = √1-sin2θc ist
Durch Anwendung des Snell'schen Gesetzes an der Schnittstelle der Kernverkleidung können wir erhalten
Sin1 sin θc = Ƞ2 sin π / 2
Sin1 sin θc = Ƞ2
Hier ist der sin π / 2-Wert gemäß den Standard-Trigonometriewerten „1“
sin θc = Ƞ2 / Ƞ1
Setzen Sie dann den sin θc-Wert in die cos θc-Gleichung ein
cos θc = √1- cos θc = √1- (Ƞ2 / Ƞ1) 2
Setzen Sie dann den cos θc-Wert in die sin α-Gleichung ein
sin α = Ƞ1 / Ƞ√1- (Ƞ2 / Ƞ1) 2
sin α = √ (Ƞ12 - Ƞ22) / Ƞ
Wir haben bereits diskutiert, dass Medium 1 nichts als Luft ist, daher wird der Brechungsindex (ƞ) 1 sein. Insbesondere können wir also sagen
sin α = √ (Ƞ12 - Ƞ22)
NA = √ (Ƞ12 - Ƞ22)
Die numerische Apertur der optischen Faserformel ist oben abgeleitet. Dies ist also die Formel für NA, wobei 'ƞ1' der Brechungsindex für den Kern und 'ƞ2' der Brechungsindex für den Mantel ist.
Anwendungen der numerischen Apertur
Die Anwendungen von NA umfassen Folgendes
- Glasfaseroptik
- Linse
- Mikroskop Ziel
- Fotografisches Ziel
FAQs
1). Was ist die numerische Apertur (NA)?
Numerische Apertur ist die Fähigkeit, Licht zu sammeln, ansonsten eine Lichtleiterkapazität.
2). Was ist die Anwendung der numerischen Apertur von Lichtwellenleitern?
In der Glasfaser beschreibt es den Winkelbereich, in dem Licht auf der Glasfaser zusammen mit dieser ausgestrahlt wird.
3). Was ist die Anwendung der numerischen Apertur?
NA wird im Allgemeinen in der Mikroskopie zur Beschreibung des Akzeptanzkegels verwendet
4) .Was ist der Akzeptanzwinkel bei Glasfaserkabeln?
Der maximale Winkel, der durch den Lichtstrahl unter Verwendung der Faserachse zur Ausbreitung des Lichts über die Faser nach der gesamten Innenreflexion vervollständigt wird, wird als Akzeptanzwinkel bezeichnet.
5). Wie lautet die Formel für die numerische Apertur?
Die Hauptformel für die numerische Apertur (NA) lautet = √ (Ƞ12- Ƞ22)
6). Wie wähle ich eine optische Faser aus?
Es gibt verschiedene Parameter, die berücksichtigt werden sollten, um die geeignete optische Faser auszuwählen Signalausbreitung .
7) .Was ist das Funktionsprinzip eines Glasfaserkabels?
Das Arbeitsprinzip eines Glasfaserkabels ist die Totalreflexion, bei der die Lichtsignale durch einen geringen Energieverlust von einer Position zur anderen gesendet werden können.
Hier geht es also darum, was ist eine numerische Apertur in optischen Fasern , die Ableitung der numerischen Apertur von optischen Fasern und ihre Anwendungen Aus den obigen Informationen können wir schließlich schließen, dass die Lichtsammelfähigkeit als NA bekannt ist. Der Wert von NA sollte also hoch sein, der einfach erreicht werden kann, wenn die Unähnlichkeit zwischen den beiden Brechungsindizes hoch ist. Dazu muss ƞ1 hoch sein, andernfalls muss ƞ2 darunter liegen. Hier ist eine Frage an Sie, was ist der Wert von NA?
