Под числовой апертурой NA волоконного световода понимается синус угла φ, под которым луч света, падающий на его торец, испытывает полное внутреннее отражение на границе раздела сердечник – оболочка. Для ее экспериментального определения исследуется расходимость излучения из торца световода. На рис. 8 показан ход крайних лучей, выходящих из торца возбужденного световода. Угол φ, который они составляют с осью световода и определяет значение числовой апертуры NA.

Рис. 9. Схема светового конуса на выходе из световода (а) и осциллограмма (б)

Для измерения числовой апертуры анализируется излучение из торца возбужденного источником ЛД (рис. 1) световода. Выходной торец находится в поле зрения телекамеры и на экране монитора возникает его изображение. Выделение строки изображения с помощью телевизионного осциллографа (смотри описание к предыдущей лабораторной работе) позволяет анализировать распределение интенсивности в его поперечном сечении.

На рис. 9 показан торец световода С и образующие, ограничивающие световой конус, в котором концентрируется излучение, выходящее из него.

Лучи попадают на матрицу (М на рис. 9) телекамеры, с помощью которой формируется телевизионный сигнал. На рис. 9 отмечен диаметр светового пятна t, соответствующий излучению из торца световода на расстоянии F от его торца и горизонтальный размер матрицы T.

Изображение проекции светового конуса на матрицу М наблюдается на экране монитора в виде светлого пятна. С помощью осциллографа и блока выделения строки может быть выделена одна из строк телевизионного сигнала. Примерный вид осциллограммы, соответствующей строке, которая приходится на середину пятна, показан на рис. 9. Диаметру пятна на мониторе соответствует размер t, отмеченный на осциллограмме. Длительность t на осциллограмме производится на половине амплитуды импульса. Горизонтальному размеру матрицы D соответствует на осциллограмме расстояние между соседними строчными гасящими импульсами T. Размер D для используемой в макете телекамеры известен и составляет
D = 6,35 мм. Поэтому может быть определен реальный размер пятна D путем измерений по осциллограмме величин t и T:

Значение числовой апертуры вычисляется из элементарных тригонометрических соображений по измеренному значению расстояния:

Порядок выполнения работы

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки.

В данной лабораторной работе используются следующие элементы (рис. 1 [Общая характеристика установки]):

– электронный блок «Источник оптического излучения»;

– лазерный диод ЛД;

– юстировочные устройства ЮУ1 и ЮУ2;

– одномодовый световод (9/125 мкм) без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC – UPS;

– многомодовый световод (50/125 мкм) (оранжевый цвет защитной оболочки) с коннекторами типа FC – РС;