Числовая апертура световода

Апертура (лат. apertura — отверстие) — в оптике действующее отверстие оптической системы, определяемое размерами линз или диафрагмами.

Апертурный угол — угол между крайним лучом конического светового пучка, входящего в систему и оптической осью системы

Угловая апертура — угол между крайними лучами конического светового пучка, входящего в систему.

Числовая апертура — равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла. Именно эта величина наиболее полно определяет одновременно светосилу, разрешающую способность и угловое поле зрения объектива.

Применим данные понятия к оптическому волокну.

Известно, что в разных средах луч света распространяется с разной скоростью: в стекле - быстро, в воздухе - быстрее, в вакууме - быстрее всего. Попадая на границу двух прозрачных сред, луч света частично отражается, частично преломляется. Угол отраженного луча равен углу падающего, а угол преломленного луча зависит от соотношения показателей преломления сред (отметим, что все углы измеряются от нормали к поверхности). Согласно закону Снеллиуса, произведения синуса угла падающего и преломленного луча на соответствующие показатели преломления сред равны.

Поставим теперь условие, чтобы преломленный луч не проникал во вторую среду, а двигался вдоль границы раздела. Так как при этом g=90⁰, то нетрудно вычислить так называемый критический угол:

sin a_кр=n₂/n₁

Эта формула объясняет "эффект полного отражения", на котором основана вся оптоволоконная технология. Эффект состоит в том, что луч, попавший на границу двух сред (первая из которых должна иметь больший показатель преломления, чем вторая), под углом, большим критического, полностью отражается.

Если же луч не просто попадает на границу двух сред, а проходит в цилиндрическом световоде (оптоволокне) между параллельными стенками, то при угле входа больше критического, он "навсегда" останется в световоде.