10. Методи вимірювання числової апертури оптичних волокон.

Числова апертура (NA) світловодів визначається показником заломлення середовища, в якому знаходиться СВ, і граничним кутом падіння світла φ_ГР на торець СВ

, (5.56)

де

.

В градієнтних СВ числова апертура залежить від координати перетину. Значення локальної числової апертури

, (5.57)

де r – миттєвий радіус серцевини, а – радіус серцевини, к – показник степеневої функції, що описує зміну показника заломлення.

Таким чином, при віддаленні від осі СВ його числова апертура зменшується. Тому ступінчатому СВ за однакових за градієнтним а і Δ каналізується майже вдвічі більше мод.

Ефективна числова апертура градієнтного СВ визначається так

. (5.58)

Знання числової апертури також необхідне для зменшення втрат у пристроях вводу – виводу випромінювання. Найбільш сильний вплив на втрати має неузгодженість апертур СВ, що стикуються.

При переході від СВ з більшою апертурою до СВ з меншою апертурою відхилення апертур в межах 0.16÷0.18 може привести до втрат ~ 1 дБ.

Найбільш поширеними методами визначення числової апертури є

• метод «трьох кілець»,

• метод ближньої зони,

• метод дальньої зони,

• метод каліброваного зазору.

1. Метод «трьох кілець»

Розглянемо як буде виглядати торець СВ при опроміненні трьома характерними променями.

Рис.5.21. Схема розповсюдження характерних променів. 1 – α<α_ГР; 2 - α=α_ГР; 3 - α>α_ГР.

В першому випадку яскравість серцевини буде значно вище за яскравість оболонки. В другому випадку яскравості серцевини і оболонки будуть майже однаковими, а границя Ії розділу буде виглядати як яскраве кільце. В третьому випадку яскравість оболонки буде найвищою.

Схема установки для вимірювання числової апертури виглядає наступним чином (рис.5.22).

Рис.5.22. Схема вимірювання числової апертури. 1 – лазер; 2 – фокусуюча система; 3 – столик гоніометра; 4 – волокно; 5 – мікроскоп.

Спочатку повертають столик в одну сторону до появи яскравого кільця на межі серцевина-оболонка. Потім повертають в іншу сторону до появи такого ж кільця. Половина різниці відліків по лімбу складає величину граничного кута α_ГР.