光纤的数值孔径
数值孔径
数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（η）和孔径角（u）半数的正弦之乘积。用公式表示如下：NA=ηsinu/2 孔径角又称“镜口角”，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通量就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。
光纤的数值孔径的影响因素及适宜范围
光纤的数值孔径大小与纤芯折射率，及纤芯－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能力。NA越大，则光纤接收光的能力也越强。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一定的要求。通常为了最有效地把光射入到光纤中去，应采用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重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。CCITT 建议多模光纤的数值孔径取值范围为0.18～0.23，其对应的光纤端面接收角θc=10°～13°。
数值孔径
镜口率
数值孔径又叫做镜口率，简写为N.A。它是由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\2）的正弦值的乘积，其大小由下式决定：N.A=n*sin a/2
数值孔径简写NA(蔡司公司的数值孔径简写CF)，数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而言）性能高低(即消位置色差的能力,蔡司公司的数值孔是代表消位置色差和倍率色差的能力),的重要标志。其数值的大小，分别标科在物镜和聚光镜的外壳上。
定义及相关概念
入射到光纤端面的光并不能全部角度a的正弦值就称为光纤的数值孔径（NA＝sina），多模光纤NA的范围一般在0.18－0.23之间，所以一般有sina=a，即光纤数值孔径NA＝a。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。 在光学中，数值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，能点燃纸张就是一个典型例子。若平行光线照射在透镜上，并经过透镜聚焦于焦点处时，假设从焦点到透镜边缘的仰角为θ，则取其正弦值，称之为该透镜的数值孔径。
光纤的数值孔径
光纤的数值孔径光纤是一种用于传输光信号的光学器件，随着科技的发展，光纤应用领域越来越广泛，如通信、医疗、工业等。
在光纤的设计和制造过程中，数值孔径是一个非常重要的参数，它决定了光纤的传输性能和应用范围。
本文将详细介绍光纤的数值孔径及其影响因素。
一、数值孔径的概念数值孔径（Numerical Aperture，简称NA）是光纤传输性能的一个重要参数，它是指光纤芯内光线传输的能力。
数值孔径越大，光线的能量损失越小，传输距离越远，传输速度越快。
数值孔径的计算公式为：NA=sinθ其中，θ是入射角，NA的单位为无量纲。
二、数值孔径的影响因素1. 光纤芯径光纤芯径是指光纤芯的直径，它是影响数值孔径的重要因素之一。
一般来说，光纤芯径越小，数值孔径越大，传输性能越好。
但是，光纤芯径过小会导致光能量损失增加，传输距离减小，因此需要根据具体应用场景选择合适的光纤芯径。
2. 折射率差折射率差是指光纤芯和包层之间的折射率差，它是影响数值孔径的另一个重要因素。
折射率差越大，数值孔径越大，传输性能越好。
在实际制造过程中，可以通过改变包层材料的折射率来控制折射率差，从而实现对数值孔径的调节。
3. 包层直径包层直径是指光纤芯和包层之间的距离，它也是影响数值孔径的因素之一。
包层直径越大，数值孔径越小，传输性能越差。
因此，在设计和制造过程中需要合理控制包层直径，以达到最佳的传输性能。
三、数值孔径的应用数值孔径是光纤传输性能的重要参数之一，它对光纤的应用范围和传输距离有着重要的影响。
在实际应用中，根据不同的需求可以选择不同数值孔径的光纤。
一般来说，数值孔径较小的光纤适用于长距离传输和高速传输，而数值孔径较大的光纤适用于短距离传输和低速传输。
在通信领域，数值孔径较小的单模光纤适用于长距离传输，而数值孔径较大的多模光纤适用于短距离传输。
在医疗领域，数值孔径较大的光纤适用于内窥镜等医疗器械中的光源传输。
在工业领域，数值孔径较小的光纤适用于激光加工等高精度工业应用。
光纤的数值孔径
光纤的数值孔径
1什么是光纤的数值孔径？
光纤的数值孔径（numerical aperture，简称NA）是衡量光纤能够接收光线的能力的一个重要参数。
它是指入射光束在通过光纤时被聚焦到光束小于1/e（约37%）直径的传播角度的正弦值，用数学公式表示为NA=n×sinθ，其中n是介质的折射率，θ是光纤中聚焦光束的入射角度。
2光纤的数值孔径的作用和重要性
光纤的数值孔径决定了光纤的接收能力、耦合效率和信号传输性能。
光纤通过其纤芯内部的全反射原理实现光信号的传输，因此，数值孔径越大，光线能够聚焦的角度越大，纤芯内部光的反射次数就越多，信号传输距离就越远，耦合效率也越高，而光的折射受频率和波长的影响，因此，不同的光纤需要选择不同的数值孔径。
3影响光纤数值孔径的因素
影响光纤数值孔径的主要因素包括纤芯大小、纤芯折射率和包层折射率等。
纤芯越大，数值孔径就越大，而纤芯和包层的折射率比值越大，数值孔径也越大。
此外，光纤连接器的精度、纤芯直径的精度、光纤的弯曲半径等因素也会对光纤数值孔径产生影响，需要在光纤的选择和使用过程中加以考虑。
4光纤数值孔径的应用领域
光纤数值孔径的大小和精度对光纤通信、光纤传感和医疗设备等领域的应用具有重要意义。
不同应用场景需要选择不同的数值孔径的光纤，例如数字通信中需要的光纤数值孔径比较小，在接口设计和测试方面要求较高的精度和稳定性；而在医疗设备中，由于需要在微小的血管中进行照明和成像，因此需要选择数值孔径比较大的光纤进行操作。
5结语
光纤的数值孔径是决定其性能、应用和适合场景的重要因素，正确选择和使用光纤数值孔径是保证光纤通信、光纤传感和医疗设备等领域的稳定性和可靠性的前提。
光纤数值孔径
5．利用三波长光源，重复1~4步，测量 1550nm的光纤数值孔径。
【数据处理】
从图中可知，最大角度为90 则，有效数值孔径NAeff =sin 90 ≈0.156 一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布
NA 0.975NAmax
则，NAmax =NAeff/0.975=0.16
NAmanx1 n2n12 n22 n1 2
n1 NA的定义常见的有两种，简单的定义如下： （1）最大理论数值孔径NAmax：
NAmax n12 n22 n1 2
其中n1、n2分别是光纤纤芯中心处最大折射
率和包层折射率；
n1
n2 n1
为纤芯—包层最大相
对折射率差。NAmax的物理意义是光纤最大可
ห้องสมุดไป่ตู้
【思考题】 （1）光纤的数不胜数值孔径的的物理意义 是什么？
（2）实验中的测量方法是否和数值孔径的 定义相冲突，为什么这么做？
（3）还有哪些方法可以用来测量数值孔径？
【实验感想】
通过学习，我接受了基本的实验技能训练， 学会了一些基本的测量的方法，熟悉了常 规仪器的基本原理、性能和用法，学会了 正确记录实验数据和处理实验数据，分析 实验结果，以及书写实验报告。
在实验中，要积极动手去做，积极动脑去想 才能更好地了解实验、掌握实验，还要善 于提出问题并自己多琢磨，从而培养自己 的探索创新精神。
谢谢！
【实验目的】 （1）熟悉光纤的结构特点及分类 （2）掌握光纤数值孔径的定义和测量方法
【实验原理】 光纤数值孔径（NA）是光纤能接收光
辐射角度范围的参数，同时它也是表征光纤 和光源、光检测器及其它光纤耦合时的耦合 效率的重要参数，同时对连接损耗、微弯损 耗以及衰减温度特性、传输带宽等都有影响
光纤数值孔径与折射率计算
光纤数值孔径与折射率计算光纤数值孔径与折射率是光纤通信中比较重要的参数，其对光纤的透光率、压强、传导等性能有着关键性的影响。
因此，正确计算光纤的数值孔径与折射率是保证通信质量的重要过程。
以下是关于光纤数值孔径与折射率计算的详细步骤：1. 计算数值孔径（NA）数值孔径指的是光纤芯部分最大入射角的正弦值。
它是评估光纤耦合能力和传输特性的重要指标。
计算数值孔径的公式为：NA = n1 x sinθ其中，n1指的是光纤芯的折射率，θ指的是芯层中光纤最大入射角。
若θ为90度，NA则相当于光线在光纤中的最大入射角正弦值。
NA值越大，则光纤传输能力越强。
2. 计算折射率折射率为光线从真空到光纤中的传播速度与光线在光纤中的传播速度之比，是描述光纤透过能力的重要指标。
计算折射率的公式为：n = (sinθ2 / sinθ1) x (λ1 / λ2)其中，θ1和θ2分别代表光线在真空和光纤中的入射角度，λ1和λ2分别代表真空和光纤中的光波长。
由于光线形成折射时，光线入射的角度和波长对折射率有决定性影响，因此光纤折射率需要根据实际使用情况调整。
3. 计算验光仪值验光仪值是光纤内部不同光发射角度下光的强度分布情况，是评估光纤传输质量的重要参数。
光纤的验光仪值可以通过计算偏振系数、光纤芯径和光纤直径等指标来确定。
在实际计算中，需要根据物理光学理论和实测数据进行综合计算，以保证计算结果可靠。
在实际生产销售中，光纤的数值孔径与折射率计算是非常重要的环节。
只有正确计算出光纤的数值孔径和折射率，才能保证光纤的传输效果和性能，达到理想的通信效果。
因此，在计算过程中，我们需要严密地按照以上步骤进行，确保计算结果的准确性和可靠性。
光纤数值孔径na
光纤数值孔径（NA）1. 什么是光纤数值孔径（NA）？光纤数值孔径（Numerical Aperture，简称NA）是描述光纤传输能力的一个重要参数。
它反映了光线在光纤内部传输的能力和角度范围。
NA越大，表示光线传输能力越强，能够容纳更多的入射角度。
在光纤中，入射角度大于一定范围的光线将无法被有效地传输，这个范围就由数值孔径来定义。
数值孔径是通过折射率差来计算的，一般用下式表示：NA = n * sin(θ)其中，n代表光纤芯层材料的折射率，θ为入射角度。
2. 光纤数值孔径对光信号传输的影响光纤数值孔径决定了光信号在光纤中传输时的损耗和带宽。
当入射角度超过数值孔径时，部分或全部的信号将被反射回去或发生衰减，导致信号损失。
因此，在设计和选择光纤时需要考虑所需的传输性能。
较大的数值孔径意味着光信号可以以更大的入射角度进入光纤中，从而提高了光纤的接收能力和传输效率。
同时，较大的数值孔径还能够提供更大的带宽，使光纤能够传输更高速率的信号。
3. 光纤数值孔径的分类根据不同应用需求和制造工艺，光纤数值孔径可以分为单模光纤和多模光纤。
3.1 单模光纤（Single-mode Fiber）单模光纤是一种具有较小数值孔径的光纤，通常在0.05至0.30之间。
它适用于传输单一波长（通常为1310nm或1550nm）的激光信号。
由于较小的数值孔径，单模光纤能够实现更长距离、更低损耗和更高带宽的传输。
3.2 多模光纤（Multi-mode Fiber）多模光纤是一种具有较大数值孔径的光纤，通常在0.20至0.50之间。
它适用于传输多个波长或宽谱带宽信号。
由于较大的数值孔径，多模光纤能够容纳更多的入射角度，但传输距离相对较短，并且在长距离传输中会存在信号衰减和色散问题。
4. 光纤数值孔径的应用领域光纤数值孔径在通信、医疗、工业和科研等领域都有广泛的应用。
在通信领域，单模光纤常用于长距离传输和高速率数据传输，如光纤通信网络、光缆电视和光纤宽带接入等。
光纤数值孔径测量实验
1实验一光纤数值孔径（N A）测量实验一、实验目的：1. 了解光纤导光的原理；2. 掌握测量石英光纤的数值孔径原理与方法；3. 掌握光电探测的基本原理及光功率计设计原理；4.掌握用CCD、matlab测量高斯光斑大小的方法及原理。
二、实验装置激光器及电源，导轨，读数旋转台，光纤，光纤耦合架，导轨滑块、支撑杆和套筒，光电探头，电阻盒，5V电源，万用表，CCD，电脑。
三、实验原理1、光纤数值孔径测量光纤，也称光纤波导，它的典型结构是多层同轴圆柱体，如图1，自内向外由纤芯、包层、涂敷层三部分组成。
纤芯位于光纤的中心部位。
纤芯和包层主要成分都是高纯度的二氧化硅，不同的是它们掺入的少量掺杂剂不同。
纤芯掺杂剂如五氧化二磷(P2O5)和二氧化锗（G e O2），掺杂的作用是提高纤芯的折射率。
包层掺杂剂有氟和硼，掺杂剂的作用是降低包层的折射率。
光纤纤芯折射率是稍大于包层折射率，纤芯的直径一般为4~60微米（单模光纤直径小于10um，多模光纤直径一般50－62.5um），为了使光纤具有较好的柔性，包层外径约为125um。
包层的外面涂敷一层很薄的涂敷层。
涂敷层材料一般为环氧树脂或硅橡胶。
该层的作用是增强光纤的机械强度。
为了加强光纤的机械强度，有的光纤在涂敷层之外加上套塑进行保护。
多模光纤损耗大、色散较强，因而脉冲畸变严重；而单模光纤损耗和色散性能都较佳，对光脉冲的影响较小。
光纤长距离通讯中的光纤是用单模光纤，就是这个原因。
实验用的单模石英光纤，它的芯和包层是由不同掺杂比例的石英材料拉制而成，保护层是环氧树脂。
光纤为什么能导光，能传送大量的信息？光纤是利用光的光的反射、折射和全反射等特性来导光的。
折射率小的物质称为光疏介质，折射率大的物质称为光密介质，当光从光密介质入射到光疏介质时，折射角大于入射角，当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失，只剩下反射光，这时的入射角就叫临界角。
入射角大于或等于临界角时，折射光线消失,发生了全反射现象。
光纤数值孔径的物理意义
光纤数值孔径的物理意义
光纤数值孔径（Numerical Aperture, NA）是光纤的一个重要参数，它表示光纤传输光信号的能力和耗能程度。
光纤数值孔径的物理意义可以从以下几个方面来理解：
1. 入射角的范围：光纤的数值孔径决定了光信号入射的角度范围。
较大的数值孔径能容纳较大范围内的入射角，使得光纤对入射光束的容纳能力更强，能够传输更多的光信号。
2. 焦聚能力：光纤数值孔径与光束的聚焦能力有关。
较高的数值孔径意味着光纤能够收集和聚焦更多的入射光束，使得传输光束更集中，从而提高光纤的能量转化效率。
3. 动态范围：光纤的数值孔径还决定了光纤的动态范围。
较大的数值孔径能够传输较大范围的光信号幅度，具有较高的灵敏度和动态范围，可适用于高速、大容量的光通信系统。
4. 编码密度：光纤数值孔径的大小还会直接影响光纤传输通道的编码密度。
较大的数值孔径可以实现更高的编码密度，因为它能够容纳更多的光信号，使得光纤传输更多的信息。
综上所述，光纤数值孔径是影响光纤传输能力和性能的重要参数，它决定了光纤的入射角范围、焦聚能力、动态范围和传输通道的编码密度，对光纤传输的质量和效率都起到至关重要的作用。
光纤数值孔径计算公式推导
光纤数值孔径计算公式
光纤数值孔径是多模光纤的重要参数，它表示光纤端面接收光的能力，其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。
在光学中，数值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，能点燃纸张就是一个典型例子。
若平行光线照射在透镜上，并经过透镜聚焦于焦点处时，假设从焦点到透镜边缘的仰角为θ，则取其正弦值，称之为该透镜的数值孔径。
取NA = nsinα的表达式，则可以得到，数值孔径表达式NA=根号下（n1^2-n2^2），其中n1表示纤芯折射率，n2表示包层折射率，是在阶跃光纤的条件下推导出来的，即认为纤芯区域的折射率是均匀的。
但多模光纤大多为渐变光纤，其纤芯区域中的折射率是渐变的。
所以对应于的数值孔径叫做最大理论数值孔径NAt，而在实际中却最常使用强度有效数值孔径NAe ，它们两者的关系为NAt=1.05NAe。
光纤数值孔径
【实验感想】 通过学习，我接受了基本的实验技能训练， 学会了一些基本的测量的方法，熟悉了常 规仪器的基本原理、性能和用法，学会了 正确记录实验数据和处理实验数据，分析 实验结果，以及书写实验报告。 在实验中，要积极动手去做，积极动脑去想 才能更好地了解实验、掌握实验，还要善 于提出问题并自己多琢磨，从而培养自己 的探索创新精神。
谢谢！
光源
耦合系统 功率计 探测器
远场光强随角度分布的关系图
I
max
O
max
【实验器材】 光纤数值孔径测试仪，光纤光源 【实验步骤】 1．打开电源，稳定光强大约5min； 2．按复位键将电机复位，设定合适的步长；
3．通过步进控制键分别测量记录1310nm波长 下的G652光纤的远场功率随角度变化的关 系 4．按复位键复位点击，关机。 5．利用三波长光源，重复1~4步，测量 1550nm的光纤数值孔径。
1 2 1
（2）远场强度有效数值孔径NAeff 远场强度有效数值孔径是通过光纤强度远 场强度分布确定的，它定义为光纤远场辐射 图上光强下降到最大值5%处的半张角的正弦 值。
NAeff sinP0.05 1 0.05 NAmax kg NAmax
g/2
数值孔径的测量原理图
旋转装置
【数据处理】
从图中可知，最大角度为90
则，有效数值孔径NAeff =sin 90 ≈0.156
一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布
NA 0.975 NAmax
则，NAmax =NAeff/0.975=0.16
【思考题】 （1）光纤的数不胜数值孔径的的物理意义 是什么？
（2）实验中的测量方法是否和数值孔径的 定义相冲突，为什么这么做？
光纤数值孔径
光纤数值孔径
光纤数值孔径是实现光纤细分子层技术的基本标准，是现代光纤通信技术的主要指标。
其主要影响因素有：
1、光纤的物理属性：物理属性是光纤数值孔径的关键影响因素，包括光纤的
材料、索线的形状、芯孔的形状、芯孔的尺寸和等等。
它们的变化都会引起光纤
数值孔径的变化。
2、传输衰减：传输衰减是另一个影响光纤数值孔径的因素，它主要是由光纤
中衰减材料的吸收率和衰减材料的形状来决定的，如果光纤中布置的吸收材料太多，而衰减材料形状也不合理，传输衰减很大，从而影响光纤数值孔径。
3、光纤折射率：光纤折射率也是影响光纤数值孔径的因素。
折射率高、低都
会导致光纤数值孔径的变化。
4、光纤内硬件：如果纤芯内的硬件的设计不当，会导致光纤数值孔径变化。
5、信号激励：在光纤纤芯内进行信号激励的信号强度过大或过小，也会导致
光纤数值孔径的变化。
6、温度变化：随着温度的升高，会导致光纤数值孔径变化，因为传输衰减和
折射率会随着温度变化而变化，从而导致光纤数值孔径变化。
以上便是光纤数值孔径的影响因素。
由于光纤数值孔径起着至关重要的作用，因此，现代光纤通信技术中，更注重于传输性能和细节的控制，特别是对光纤数
值孔径的检验，从而确保光纤通信性能满足用户的要求。
光纤数值孔径(PPT课件)
【数据处理】
从图中可知，最大角度为90
则，有效数值孔径NAeff =sin 90 ≈0.156
一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布
NA 0.975 NAmax
则，NAmax =NAeff/0.975=0.16
【思考题】 （1）光纤的数不胜数值孔径的的物理意义 是什么？
（2）实验中的测量方法是否和数值孔径的 定义相冲突，为什么这么做？
NA的定义常见的有两种，简单的定义如下： （1）最大理论数值孔径NAmax：
NAmax n n n1 2
2 1 2 2
其中n1、n2分别是光纤纤芯中心处最大折射 n n 率和包层折射率； n 为纤芯—包层最大相 对折射率差。NAmax的物理意义是光纤最大可 能接受角的正弦值，反映了光纤收集光的能力
单模光纤数值径孔的测量
电科091 高亚超
【实验目的】
（1）熟悉光纤的结构特点及分类 （2）掌握光纤数值孔径的定义和测量方法
【实验原理】 光纤数值孔径（NA）是光纤能接收光 辐射角度范围的参数，同时它也是表征光纤 和光源、光检测器及其它光纤耦合时的耦合 效率的重要参数，同时对连接损耗、微弯损 耗以及衰减温度特性、传输带宽等都有影响
谢谢！
1 2 1
（2）远场强度有效数值孔径NAeff 远场强度有效数值孔径是通过光纤强度远 场强度分布确定的，它定义为光纤远场辐射 图上光强下降到最大值5%处的半张角的正弦 值。
NAeff sinP0.05 1 0.05 NAmax kg NAmax
g/2
数值系统 功率计 探测器
远场光强随角度分布的关系图
I
max
O
max
【实验器材】 光纤数值孔径测试仪，光纤光源 【实验步骤】 1．打开电源，稳定光强大约5min； 2．按复位键将电机复位，设定合适的步长；
光纤数值孔径
远场光强随角度分布的关系图
I
max
O
max
【实验器材】 光纤数值孔径测试仪，光纤光源 【实验步骤】
1．打开电源，稳定光强大约5min；
2．按复位键将电机复位，设定合nm波长 下的G652光纤的远场功率随角度变化的关 系
4．按复位键复位点击，关机。
5．利用三波长光源，重复1~4步，测量 1550nm的光纤数值孔径。
【数据处理】
从图中可知，最大角度为90 则，有效数值孔径NAeff =sin 90 ≈0.156 一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布
NA 0.975NAmax
则，NAmax =NAeff/0.975=0.16
【思考题】 （1）光纤的数不胜数值孔径的的物理意义 是什么？
在实验中，要积极动手去做，积极动脑去想 才能更好地了解实验、掌握实验，还要善 于提出问题并自己多琢磨，从而培养自己 的探索创新精神。
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（2）远场强度有效数值孔径NAeff 远场强度有效数值孔径是通过光纤强度远
场强度分布确定的，它定义为光纤远场辐射 图上光强下降到最大值5%处的半张角的正弦 值。
NAeff sinP0.05 1 0.05g / 2 NAmax kgNAmax
数值孔径的测量原理图
光源
耦合系统
旋转装置
单模光纤数值径孔的测量 电科091 高亚超
【实验目的】 （1）熟悉光纤的结构特点及分类 （2）掌握光纤数值孔径的定义和测量方法
【实验原理】 光纤数值孔径（NA）是光纤能接收光
辐射角度范围的参数，同时它也是表征光纤 和光源、光检测器及其它光纤耦合时的耦合 效率的重要参数，同时对连接损耗、微弯损 耗以及衰减温度特性、传输带宽等都有影响
光纤的数值孔径
光纤的数值孔径
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
在光学中，数值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，能点燃纸张就是一个典型例子。
若平行光线照射在透镜上，并经过透镜聚焦于焦点处时，假设从焦点到透镜边缘的仰角为θ，则取其正弦值，称之为该透镜的数值孔径，如图所示，记作NA ＝sinθ。
在光纤中，把受光角的一半
（θmax ）的正弦定义为光纤的数值孔
径，即
NA ＝ sinθmax
光纤的数值孔径大小与纤芯折射
率，及纤芯－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能力。
NA 越大，则光纤接收光的能力也越强。
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一定的要求。
通常为了最有效地把光射入到光纤中去，应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的透镜进行集光。
光纤的数值孔径。
0.12na数值孔径的单模光纤的远场发散角
1. 概述光纤作为一种用于光通信和光传感的重要器件，日益受到研究人员和工程师的关注。
而光纤的孔径是其中一个重要的参数，影响着光纤的传输性能。
本文将重点讨论数值孔径为0.12的单模光纤的远场发散角。
2. 数值孔径的定义数值孔径（Numerical Aperture，NA）是一种用于描述光纤允许入射光线偏离光轴的最大角度的参数。
对于单模光纤而言，数值孔径越大，表示光纤能够接收到更大范围的入射光线，具有更大的接收能力。
3. 单模光纤的远场发散角远场发散角是指入射光线在光纤出口处呈锥形散射的角度范围。
对于单模光纤而言，远场发散角大小直接影响着光纤的传输性能和应用范围。
一般而言，远场发散角越小，表示光线的耦合性能越好，传输的距离越远。
4. 数值孔径为0.12的单模光纤的远场发散角研究表明，数值孔径为0.12的单模光纤的远场发散角约为6度。
这意味着该光纤能够在6度的范围内实现高效的耦合和传输，适用于一些对光传输距离和耦合要求较高的应用场景。
5. 应用领域数值孔径为0.12的单模光纤的远场发散角使其在光通信、光传感和激光器等领域有着广泛的应用。
在光通信领域，该光纤能够实现高速数据传输和远距离通信；在光传感领域，可以用于光纤传感器的制造和研究；在激光器领域，可以作为激光器的耦合和输出光纤等。
6. 结论数值孔径为0.12的单模光纤的远场发散角是一个重要的光纤参数，对光纤的传输性能和应用范围有着重要影响。
研究和了解这一参数，有助于优化光纤的设计和推动其在各个领域的应用。
希望本文能够对读者们有所帮助，引起更多关于光纤的研究和讨论。
7. 光纤的数值孔径对其性能的影响数值孔径是影响光纤性能的重要参数之一。
在单模光纤中，数值孔径决定了光纤的光耦合能力、色散特性以及光的传输效率等。
对于数值孔径为0.12的单模光纤而言，虽然其远场发散角相对较小，但其优异的耦合性能和较低的色散特性使其在光通信和光传感领域中得到了广泛的应用。
8. 数值孔径为0.12的单模光纤在光通信中的应用在光通信中，光纤作为信息传输的载体，其传输性能对于数据传输的速率和距离具有重要影响。
光纤的数值孔径
光纤的数值孔径光纤是由纤芯、包层所组成的圆柱形的介质光波导。
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，会在两种介质的边界发生折射和反射。
斯奈尔（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。
设纤芯的折射率是n1，包层的折射率为n2，光线从折射率为n0的介质中进入光纤纤芯，光线与光纤轴之间的夹角为θ0。
光线进入纤芯后以入射角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。
设折射角是θ2，根据斯奈尔定律，有设当α＝θc时，折射角θ2＝90°，这时，所有入射的光都不会进入n2介质。
当α＞θc 时，即n1和n2的界面上有全反射发生。
图1 理想的阶跃折射率光纤中，子午光线传播的射线光学表示根据式（7-2）可以得到在n1和n2的界面上有全反射发生，在空气（no＝1）中光线的最大入射角岛θo,max所应满足的关系式：这里，Δ=(n1-n2)/n1是光纤芯层与包层的相对折射率差。
NA是一个无量纲的数，它表示光纤接收和传输光的能力。
通常NA的数值在0.14～0.5范围之内。
光纤的数值孔径NA越大，光线可以越容易地被耦合到该光纤中。
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。
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。
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。
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，只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度a的正弦值就称为光纤的数值孔径（NA＝sina），多模光纤NA的范围一般在0.18－0.23之间，所以一般有sina=a，即光纤数值孔径NA＝a。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
在光学中，数值孔径是表示光学透镜性能的参数之一。
光斑法测光纤NA
把抛光材料放在平整的水平面上，一手拿光纤 ，另一手拿抛光材料表面，使端面与抛光材料表 面垂直，然后抛光光纤，要求光纤轨迹是圆，并 且先顺(逆）时针后逆（顺）时针运动；
实验步骤
打开半导体激光器电源，校正实验系统； 测试输出孔径角； 计算光纤数值孔径； 关掉He-Ne激光器电源，实验结束；
与激光束耦合，另一端对准观察屏； （4）调节光纤微调架上的聚焦透镜，使透镜出光光速尽可能细，且使光
束耦合进入光纤； （5）仔细调整5维光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台轴心线上，
并辅助调节调节架各部分装置，是光纤输出功率最大，衡量标准是观 察屏上出现一个很亮、圆形、红色光斑； （6）当光纤出光端比较亮时，不要长时间直视光纤出光端，以免伤害眼 睛；
实验装置：半导体激光器及电源、读数旋转平台、
光纤微调架、游标卡尺、观察屏实验系统如下 图
测量步骤：对上图做粗略的估测，在暗室中将 光纤出射的远场通过坐标格投影到观察屏上， 测量出射光纤到观察屏的距离L和光斑直径D 而求得
1.打开半导体激光器电源，校正实验系 统
（1）调整半导体激光器，使激光束平行于实验台前； （2）调整旋转台，使半导体激光器发出的激光束通过旋转轴线； （3）取待测光纤，处理光纤两端面之后，一端经旋转台上的光纤微调架
2.测试输出孔径角
（1）固定光纤输出端； （2）置遮光屏距光纤输出端L处，则在遮光屏上显示出光纤 输出光斑，其直径为D； （3）用游标卡尺准确测量L和D的值（测量多次取平均值）， 则得输出孔径角为
3.计算光纤数值孔径：
4.光掉He-Ne激光器电源，实验结束。
A
THANK YOU!
C
步骤
• 将几根光纤成股扎在一起。（由于光纤直径比较
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光纤的数值孔径
光纤是由纤芯、包层所组成的圆柱形的介质光波导。
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，会在两种介质的边界发生折射和反射。
斯奈尔（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。
设纤芯的折射率是n1，包层的折射率为n2，光线从折射率为n0的介质中进入光纤纤芯，光线与光纤轴之间的夹角为θ0。
光
线进入纤芯后以入射角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。
设折射角是θ2，根据斯奈尔定律，有
设当α＝θc时，折射角θ2＝90°，这时，所有入射的光都不会进入n2介质。
当α＞θc 时，即n1和n2的界面上有全反射发生。
图1 理想的阶跃折射率光纤中，子午光线传播的射线光学表示根据式（7-2）可以得到在n1和n2的界面上有全反射发生，在空气（no＝1）中光线的最大入射角岛θo,max所应满足的关系式：
这里，Δ=(n1-n2)/n1是光纤芯层与包层的相对折射率差。
NA是一个无量纲的数，它表示光纤接收和传输光的能力。
通常NA的数值在0.14～0.5范围之内。
光纤的数值孔径NA越大，光线可以越容易地被耦合到该光纤中。
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。
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。
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。
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，只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度a的正弦值就称为光纤的数值孔径（NA＝sina），多模光纤NA的范围一般在0.18
－0.23之间，所以一般有sina=a，即光纤数值孔径NA＝a。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
在光学中，数值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，能点燃纸张就是一个典型例子。
若平行光线照射在透镜上，并经过透镜聚焦于焦点处时，假设从焦点到透镜边缘的仰角为θ，则取其正弦值，称之为该透镜的数值孔径。
光纤的数值孔径的影响因素及适宜范围
光纤的数值孔径大小与纤芯折射率，及纤芯－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能力。
NA越大，则光纤接收光的能力也越强。
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一定的要求。
通常为了最有效地把光射入到光纤中去，应采用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重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。
CCITT 建议多模光纤的数值孔径取值范围为0.18～0.23，其对应的光纤端面接收角θc=10°～13°。
数值孔径的计算
数值孔径表达式NA=根号下（n1^2-n2^2），其中n1表示纤芯折射率，n2表示包层折射率，是在阶跃光纤的条件下推导出来的，即认为纤芯区域的折射率是均匀的。
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。
所以对应于的数值孔径叫做最大理论数值孔径NAt，而在实际中却最常使用强度有效数值孔径NAe ，它们两者的关系为NAt=1.05NAe。