[已解决]如何计算导光棒的数值孔径？

silence唯爱

如题，现在手头有一个直接是5mm，长度为60mm的圆形导光棒，现在想要做一个耦合系统，请问如何计算导光棒的NA值？求大佬指导下，谢谢

补充内容 (2022-2-18 11:19):
另外，我直接使用了全反射临界角正弦值近似看作数值孔径，这种方法可行吗？

补充内容 (2022-5-20 08:50):
已解决，
我目前用的光棒都是外面加了镀膜的，膜层反射率在95%以上，因此，只要光能进入到光棒就可以反射，这种方法适用于对耦合效率要求不高的情况

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追光的学生

2022-5-19 21:13

在前辈们面前班门弄斧一下。
1）在光纤光学中，NA表征的是光进出光纤时的锥角大小，现在只是根据导光棒计算本身的NA值，也不需要考虑与前端系统的耦合，所以跟光学扩展量也没什么关系。利用导光棒折射率直接计算就好。
2）导光棒原理类似于光纤，区别在于cladding为空气，所以用光纤图示说明一下：

导光棒材质为K9玻璃，对应到图中n1=1.5163（K9折射率），K9玻璃与空气接触实现全反射，则cladding为空气，n2=1；
对于光纤，NA=n×sinθmax，此处n表示空气折射率，即NA=sinθmax；
根据折射率公式，NA=sinθmax=n1×sin（90-θc）=n1×cosθc；
而角度θc是导光棒自身的临界角，根据临界角公式，sinθc=n2/n1=1/n1；注意此处全反射临界角正弦值并不是数值孔径NA，因为θmax和θc不一样，但是有关系；
进一步推导，可得如下，带入n1的值计算NA就好。

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红蓝啊亮

和折射率有关系，这个NA计算可以参考光纤的NA计算吧

silence唯爱

红蓝啊亮 发表于 2022-2-18 09:18
和折射率有关系，这个NA计算可以参考光纤的NA计算吧

这个材料是K9玻璃，外面没有包层，能直接使用光纤NA公式计算吗，那这样我算出来NA就大于1了呀

kangsirui

用拉赫不变量计算

silence唯爱

kangsirui 发表于 2022-2-18 10:40
用拉赫不变量计算

请指导计算方法，该如何计算？

大大大大大任

管壁位置全反射临界角的余角即从空气中入射光线角度的最大折射角，进而反推出空气中的入射角，其正弦值可以看做数值孔径。

大大大大大任

算出来是大于1的，意味着只要能从端面打入导光棒的光就能在导光棒内完成传输

falaria

NA=sinα，怎么会算出来大于1呢?

快乐向前冲鸭

之前算过这个东西，只要能打到光棒里，就可以传输。光纤的NA小是因为包层与纤芯的折射率差比较小，光棒的外层是空气，折射率差大，所以NA大。只要能打到光棒里的光，折射后都不会超过临界角，即都可以在光棒里全反射传输。

追光的学生

在前辈们面前班门弄斧一下。
1）在光纤光学中，NA表征的是光进出光纤时的锥角大小，现在只是根据导光棒计算本身的NA值，也不需要考虑与前端系统的耦合，所以跟光学扩展量也没什么关系。利用导光棒折射率直接计算就好。
2）导光棒原理类似于光纤，区别在于cladding为空气，所以用光纤图示说明一下：

导光棒材质为K9玻璃，对应到图中n1=1.5163（K9折射率），K9玻璃与空气接触实现全反射，则cladding为空气，n2=1；
对于光纤，NA=n×sinθmax，此处n表示空气折射率，即NA=sinθmax；
根据折射率公式，NA=sinθmax=n1×sin（90-θc）=n1×cosθc；
而角度θc是导光棒自身的临界角，根据临界角公式，sinθc=n2/n1=1/n1；注意此处全反射临界角正弦值并不是数值孔径NA，因为θmax和θc不一样，但是有关系；
进一步推导，可得如下，带入n1的值计算NA就好。