Почему угол приёма не может быть 90°?

Тогда потребовалось бы NA = 1, то есть n_об = 0 — так не бывает. Даже у волокна с воздушной оболочкой NA = √(n_с² − 1) < 1. У связных волокон обычно NA ≈ 0,1–0,5: узкий конус, лучи идут полого, меньше межмодовая дисперсия.

Как потери на изгибе связаны с числовой апертурой?

На крутом изгибе луч на внешней стенке падает положе; если угол меньше критического, свет уходит. Большая NA — больше разность n и больше критический угол, луч крепче удерживается. Волокна дальней связи с малой NA к изгибу чувствительнее.

Что происходит с лучом вне конуса приёма?

Он преломится в сердцевину, но на границе с оболочкой упадёт ниже критического угла, частично уйдёт и быстро затухнет. На схеме показан только конус лучей, которые остаются направляемыми.

Зачем оболочке другой показатель, чем у сердцевины?

ПВО возможно только при n_с > n_об. Оболочку делают из другого стекла или полимера либо легируют сердцевину, чтобы поднять её n. Оболочка ещё защищает границу от загрязнений, которые иначе срывали бы направление света.

Числовая апертура волокна

Q: Как потери на изгибе связаны с числовой апертурой?

На крутом изгибе луч на внешней стенке падает положе; если угол меньше критического, свет уходит. Большая NA — больше разность n и больше критический угол, луч крепче удерживается. Волокна дальней связи с малой NA к изгибу чувствительнее.

Q: Что происходит с лучом вне конуса приёма?

Он преломится в сердцевину, но на границе с оболочкой упадёт ниже критического угла, частично уйдёт и быстро затухнет. На схеме показан только конус лучей, которые остаются направляемыми.

Q: Зачем оболочке другой показатель, чем у сердцевины?

ПВО возможно только при n_с > n_об. Оболочку делают из другого стекла или полимера либо легируют сердцевину, чтобы поднять её n. Оболочка ещё защищает границу от загрязнений, которые иначе срывали бы направление света.

NA из показателей сердцевины и оболочки; угол приёма и качественный намёк на потери на изгибе.

О модели

Оптическое волокно удерживает свет полным внутренним отражением на границе сердцевины и оболочки. Числовая апертура NA = √(n_с² − n_об²) задаёт светосилу волокна: в воздухе максимальный угол приёма θ_пр = arcsin(NA). Луч, входящий круче, на границе сердцевина–оболочка падает ниже критического угла и уходит в оболочку. Модель — идеальное ступенчатое волокно: гладкая граница, без поглощения и рассеяния. Меняются показатели сердцевины и оболочки: больше разность n — шире входной конус. Изгиб на рисунке только качественный: высокая NA обычно терпит более крутой изгиб до утечки.

Для кого: Вузовская оптика и фотоника: ступенчатое волокно, числовая апертура, угол приёма.

Ключевые понятия

числовая апертура
показатель преломления
полное внутреннее отражение
угол приёма
сердцевина
оболочка
ступенчатое волокно
потери на изгибе

Как это работает

Для ступенчатого профиля NA = √(n_core² − n_clad²); в воздухе sin θ_accept ≈ NA. На схеме конус приёма и меридиональные лучи внутри него удерживаются ПВО. Большая NA принимает более косые лучи, но растёт межмодовая дисперсия. Ползунок изгиба только искажает рисунок — расчёт потерь в соседней модели изгиба.

Часто задаваемые вопросы

Почему угол приёма не может быть 90°?: Тогда потребовалось бы NA = 1, то есть n_об = 0 — так не бывает. Даже у волокна с воздушной оболочкой NA = √(n_с² − 1) < 1. У связных волокон обычно NA ≈ 0,1–0,5: узкий конус, лучи идут полого, меньше межмодовая дисперсия.
Как потери на изгибе связаны с числовой апертурой?: На крутом изгибе луч на внешней стенке падает положе; если угол меньше критического, свет уходит. Большая NA — больше разность n и больше критический угол, луч крепче удерживается. Волокна дальней связи с малой NA к изгибу чувствительнее.
Что происходит с лучом вне конуса приёма?: Он преломится в сердцевину, но на границе с оболочкой упадёт ниже критического угла, частично уйдёт и быстро затухнет. На схеме показан только конус лучей, которые остаются направляемыми.
Зачем оболочке другой показатель, чем у сердцевины?: ПВО возможно только при n_с > n_об. Оболочку делают из другого стекла или полимера либо легируют сердцевину, чтобы поднять её n. Оболочка ещё защищает границу от загрязнений, которые иначе срывали бы направление света.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 50 в «Оптика и свет».

Вся категория →

НовоеШкольные