Apertura numeryczna (dla przyrządów optycznych zwykle apertura liczbowa), NA (od ) – wielkość fizyczna definiowana dla światłowodu jako sinus kąta stożka akceptacji, to znaczy maksymalnego kąta w stosunku do osi rdzenia włókna, pod którym światło wprowadzone do światłowodu nie będzie z tego włókna uciekać (z powodu niezachowania warunku dla całkowitego wewnętrznego odbicia). Dla przyrządu optycznego jest to sinus maksymalnego kąta, pod jakim fala może na niego padać lub z niego wychodzić.
Przyrządy optyczne thumb|250px|Apertura liczbowa soczewki w punkcie P zależy od maksymalnego kąta θ. Dla przyrządów optycznych, na przykład soczewki lub obiektywu mikroskopu, apertura liczbowa opisana jest wzorem:
gdzie: – współczynnik załamania ośrodka, w którym znajduje się przyrząd, – połowa maksymalnego kąta, pod którym światło może padać z punktu na przyrząd.
W mikroskopie apertura liczbowa ogranicza możliwą do otrzymania rozdzielczość. Żeby zwiększyć tę wartość, między próbkę a obiektyw wprowadza się ciecz imersyjną o dużym współczynniku załamania, aby apertura była większa niż 1Encyclopedia of Laser Physics and Technology: Numerical Aperture..
Światłowody W światłowodzie wielomodowym propagowane jest tylko światło, które zostało do niego wprowadzone pod odpowiednim kątem, nieprzekraczającym kąta akceptacji Dla światłowodu o skokowym profilu współczynnika załamania kąt akceptacji wyraża się wzorem: right|500px
gdzie: – współczynnik załamania w rdzeniu, – współczynnik załamania w płaszczu, – współczynnik załamania ośrodka, z którego wprowadzane jest światło.
Prawo Snelliusa na granicy ośrodek-rdzeń przybiera postać:
Z trygonometrii wynika zależność (patrz rysunek obok):
gdzie to kąt graniczny dla całkowitego wewnętrznego odbicia.
Podstawiając za w prawie Snelliusa otrzymuje się:
Po podniesieniu obu stron równania do kwadratu:
zatem:
Ze względu na podobieństwo do wyrażenia na aperturę liczbową dla przyrządów optycznych, aperturę numeryczną zwykło się definiować następująco:
Jako że często przyjmuje się założenie, że ośrodkiem wokół światłowodu jest powietrze o współczynniku załamania równym 1, wyrażenie sprowadza się do:
Przykładowe wartości apertury numerycznej i kąta akceptacji światłowodu Ośrodek Aperturanumeryczna Kątakceptacji powietrze 1,000 90° światłowód kwarcowy wielomodowy skokowy 0,242 14° światłowód kwarcowy gradientowy 0,208 12° światłowód jednomodowy 0,110 6,5°
Im większa apertura numeryczna, tym większą część światła można wprowadzić do wnętrza światłowodu (włókno wykazuje większą przydatność jako światłowód wielomodowy).
Przypisy
Kategoria:Technika światłowodowa Kategoria:Transmisja danych