Apertura numeryczna

Apertura numeryczna (NA) to wielkość fizyczna, która określa maksymalny kąt, pod jakim światło może być wprowadzane do światłowodu lub przyrządów optycznych, takich jak soczewki i obiektywy mikroskopów. Oznacza to, że światło wprowadzone pod tym kątem nie ucieka z włókna, co jest warunkiem całkowitego wewnętrznego odbicia.

Przyrządy optyczne

Dla przyrządów optycznych, apertura numeryczna definiowana jest wzorem:

$NA = n \sin \theta$

$n$ – współczynnik załamania ośrodka,
$\theta$ – połowa maksymalnego kąta, pod jakim światło może padać.

W kontekście mikroskopów, większa apertura numeryczna pozwala na uzyskanie wyższej rozdzielczości. W tym celu stosuje się ciecz imersyjną o wysokim współczynniku załamania.

Światłowody

W światłowodach wielomodowych światło propagowane jest tylko wtedy, gdy zostanie wprowadzone pod odpowiednim kątem, nieprzekraczającym kąta akceptacji $\theta_{max}$ . Dla światłowodu o skokowym profilu współczynnika załamania, kąt akceptacji można wyrazić wzorem:

$n \sin \theta_\mathrm{max} = \sqrt{n_1^2 – n_2^2}$

$n_1$ – współczynnik załamania w rdzeniu,
$n_2$ – współczynnik załamania w płaszczu,
$n$ – współczynnik załamania medium, w którym wprowadza się światło.

Prawa Snelliusa oraz trygonometria pozwalają na określenie kątów granicznych dla całkowitego wewnętrznego odbicia, co prowadzi do wzoru na aperturę numeryczną:

$NA = \sqrt{n_1^2 – n_2^2}$

Zakładając powietrze jako ośrodek z $n = 1$ , uproszczona definicja apertury numerycznej to:

$NA = \sin \theta_i = \sqrt{n_1^2 – n_2^2}$

Przykładowe wartości apertury numerycznej i kąta akceptacji

Większa apertura numeryczna oznacza większą efektywność wprowadzania światła do światłowodu, co zwiększa jego funkcjonalność jako światłowodu wielomodowego.

Przypisy

Kategoria: Technika światłowodowa
Kategoria: Transmisja danych

Najnowsze aktualności:

Apertura numeryczna