Apertura numérica de la fibra óptica y su derivación

La fibra óptica es una fibra de plástico o transparente que se utiliza para propagar la luz. El principio de funcionamiento es la reflexión interna total de paredes completamente diferentes. De este modo, la luz puede transmitirse a grandes distancias gracias a la flexibilidad de la fibra óptica. Por eso se utiliza en pequeños microscopios, comunicación de datos, diseño de endoscopios de precisión, etc. Un cable de fibra óptica está formado por tres capas: núcleo, cubierta y funda. La capa del núcleo está rodeada por una cubierta. La capa de revestimiento suele ser de plástico o de sílice. La función principal del núcleo de la fibra óptica es transmitir una señal óptica, mientras que el revestimiento dirige la luz hacia el núcleo. Como la señal óptica es guiada a través de la fibra, se denomina guía de ondas óptica. Este artículo ofrece una visión general de la apertura numérica de la fibra óptica.

¿Cuál es la apertura numérica de la fibra óptica?

Definición: La medida de la capacidad de una fibra óptica para recoger el haz de luz que se produce en su interior se conoce como apertura numérica. La forma abreviada de este término es NA, que ilustra la eficacia de la luz que se recoge en la fibra y se propaga. Sabemos que cuando la luz se propaga a través de una fibra óptica, se produce una reflexión interna total. Por tanto, se producen múltiples reflexiones internas totales dentro de la fibra para transmitir de un extremo a otro.

Una vez producido el haz de luz por la fuente de una fibra óptica, ésta debe ser muy eficiente para obtener la máxima radiación emitida. Por tanto, podemos decir que la eficacia de la luz procedente de la fibra óptica es la principal característica a la hora de transmitir una señal a través de una fibra óptica.

La apertura numérica está relacionada con el ángulo de aceptación, ya que el ángulo de aceptación es el ángulo máximo al que la luz atraviesa la fibra. Por tanto, el NA y el ángulo de aceptación están asociados entre sí.

Experimento sobre la apertura numérica de la fibra óptica

A continuación se muestra el diagrama del experimento de la fibra óptica. En la siguiente imagen, un haz de luz transmitido en la fibra óptica se denomina "XA". Aquí 'ƞ1' es el índice de refracción del núcleo y 'ƞ2' es el revestimiento.

La siguiente imagen ilustra el haz de luz enfocado en una fibra óptica. En este caso, el haz de luz se desplaza de un medio más denso a un medio más raro con un ángulo "α" a través del eje de la fibra. El ángulo "α" se llama ángulo de aceptación en el cable de fibra óptica.

Este haz incidente viaja por el interior del cable de fibra para reflejarse completamente a través de la interfaz núcleo-revestimiento. Sin embargo, el ángulo de incidencia debe ser mayor que el ángulo crítico, de lo contrario, si el ángulo de incidencia es bajo en comparación con el ángulo crítico, el haz se refracta en lugar de reflejarse.
Según la ley de Snell, el rayo refractado y el ángulo incidente se transmiten en el mismo ángulo.

Por tanto, aplicando esta ley al medio 1 (aire) y a la interfaz del núcleo, la ecuación será

Ƞ sin α = Ƞ1 sin θ

El valor "θ" puede escribirse a partir de la imagen anterior como sigue.

Θ = π/2- θc

Sustituyendo el valor de "θ" en la ecuación anterior

Ƞ sin α = Ƞ1 sin (π/2- θc)

Ƞ sin α = Ƞ1* sin (π/2)- sin(θc)

Por trigonometría, sabemos que sin θ = cosθ y sin π/2 = 1

Ƞ sin α = Ƞ1cos(θc)

sin α = Ƞ1/ Ƞ cos(θc)

Sabemos que, cos θc = √1-sin2θc

Aplicando la ley de Snell a la interfaz núcleo/revestimiento, podemos obtener

Ƞ1 sin θc = Ƞ2 sin π/2

Ƞ1 sin θc = Ƞ2

Aquí el valor de sen π/2 es "1" según los valores de la trigonometría estándar

sin θc = Ƞ2/ Ƞ1

Sustituye el valor de sen θc en la ecuación de cos θc, entonces

cos θc = √1- (Ƞ2/ Ƞ1) 2

Sustituyendo el valor de cos θc en la ecuación de sin α, obtenemos que

sin α = Ƞ1/ Ƞ√1- (Ƞ2/ Ƞ1) 2

sin α = √( Ƞ12- Ƞ22)/ Ƞ

Ya hemos dicho que el medio 1 no es más que aire, por lo que el índice de refracción (ƞ) será igual a 1. Por tanto, podemos decir

sin α = √( Ƞ12- Ƞ22)

NA= √( Ƞ12- Ƞ22)

La fórmula de la apertura numérica de la fibra óptica se dedujo anteriormente. Se trata de la fórmula NA, donde "ƞ1" es el índice de refracción del núcleo y "ƞ2" es el índice de refracción del revestimiento.

Aplicaciones de la apertura numérica

Las aplicaciones de la AN incluyen lo siguiente

• Fibra óptica
• Lente
• Lente del microscopio
• Objetivo fotográfico

FAQ

1). ¿Qué es la apertura numérica (NA)?

La apertura numérica es la capacidad de captación de luz de una fibra óptica de otra manera.

2). ¿Cuál es la aplicación de la apertura numérica de la fibra óptica?

En las fibras ópticas, describe la gama de ángulos en los que se transmite la luz por la fibra óptica.

3). ¿Cuál es la aplicación de la apertura numérica?

La NA se utiliza generalmente en microscopía para describir el cono de aceptación

4).¿Cuál es el ángulo de aceptación en el cable de fibra óptica?

El ángulo máximo que alcanza el haz de luz utilizando el eje de la fibra para propagar la luz a través de ella después de toda la reflexión interna se conoce como ángulo de aceptación.

5). ¿Qué es la fórmula de apertura numérica?

La fórmula principal de la apertura numérica (NA) es = √( Ƞ12- Ƞ22)

6). ¿Cómo elegir una fibra óptica?

Hay varios parámetros que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar la fibra óptica adecuada para la propagación de la señal.

7).¿Cuál es el principio de funcionamiento de un cable de fibra óptica?

El principio de funcionamiento de un cable de fibra óptica es la reflexión interna total: las señales luminosas pueden transmitirse de una posición a otra mediante una pequeña pérdida de energía.

Por lo tanto, esto es una apertura digital de fibra ópticala derivación de la apertura numérica de la fibra óptica y sus aplicaciones A partir de esta información, podemos concluir que la capacidad de recoger la luz se conoce como NA. Por lo tanto, el valor de la NA debe ser alto y puede conseguirse simplemente cuando la disimilitud entre los dos índices de refracción es alta. Para ello, ƞ1 debe ser alto, de lo contrario ƞ2 debe ser más bajo. He aquí una pregunta para ti: ¿cuál es el valor de NA?