光纖光學(xué)特性參數(shù)梯度折射率透鏡

又稱變折射率透鏡或非均勻介質(zhì)透鏡，通常簡(jiǎn)稱梯析(GRIN)透鏡。這是使用具有梯度折射率的介質(zhì)設(shè)計(jì)和制造的光學(xué)成像元件。可制作梯折透鏡的梯折材料可分：　 ?、佥S向梯度。折射率沿軸向變化，等折射率面是垂直于光軸的平行平面系。一個(gè)具有軸向梯度的球面元件等效于一個(gè)均勻介質(zhì)的非球面透鏡。

②徑向梯度。折射率沿徑向變化，等折射率面是中心軸對(duì)稱的圓柱面系。其中圓柱端面垂直于軸者稱伍德透鏡，1905年由R.W.伍德制得，其作用如同會(huì)聚(發(fā)散)透鏡。用正一倍放大率的伍德透鏡組成的陣列，已用作商品化的光學(xué)復(fù)印機(jī)的光學(xué)組件，它大大縮小了復(fù)印機(jī)的體積，也提高了光照的均勻性。

③層狀梯度。折射率沿垂直于含光軸的某一平面變化,等折射率面是平行于光軸的平面系,其梯度平板具有類(lèi)似柱面透鏡的作用，光束在梯度方向上具有會(huì)聚（發(fā)散）作用。若折射率二次方作線性變化，則具有類(lèi)似棱鏡的作用。

④球梯度。折射率按離定點(diǎn)的距離變化，等折射率面為中心點(diǎn)對(duì)稱的球面系。大氣層近似這種梯度；1854年提出的麥克斯韋魚(yú)眼和1944年提出的盧內(nèi)堡透鏡皆屬此類(lèi)。前者是一個(gè)理想成像的絕對(duì)儀器，后者由于能寬角度掃描而用于徽波天線方面。

此外，還有等折射率面為拋物面系的拋物線梯度、等折射率面是中心軸對(duì)稱的圓錐面系的錐狀梯度等。昆蟲(chóng)眼睛就近似于拋物線梯度的情形。梯度元件因形小體輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用作皮下組織顯徽鏡、內(nèi)窺鏡、攝影物鏡、施密特校正板等光學(xué)元件，尤宜于用作航天、彈載儀器的光學(xué)組件。梯折透鏡自1969年用離子擴(kuò)散技術(shù)制出自聚焦元件以來(lái)，各種制作技術(shù)陸續(xù)產(chǎn)生，為梯折透鏡設(shè)計(jì)和制造提供了各種材料，隨著制造技術(shù)的改進(jìn)，其前景令人鼓舞。

n(r)=

折射率：

(1)定義或解釋

光在兩種(各向同性)媒質(zhì)中速度的比值叫做折射率。

(2)說(shuō)明

①n=v1/v2表明光由第一媒質(zhì)進(jìn)入第二媒質(zhì)后它們速度的比。這叫做第二媒質(zhì)相對(duì)于第一媒質(zhì)的折射率，又叫相對(duì)折射率。②媒質(zhì)相對(duì)真空的折射率叫做絕對(duì)折射率。由于光在真空中傳播速度為最大，所以媒質(zhì)的絕對(duì)折射率總是大于1。③同一媒質(zhì)中不同波長(zhǎng)(或頻率)的光，具有不同的折射率。波長(zhǎng)越短(頻率越高)，則折射率越大。這可用復(fù)色光經(jīng)棱鏡后發(fā)生的色散現(xiàn)象來(lái)加以說(shuō)明。光通過(guò)棱鏡而偏折，其最小偏向角和折射率之間的關(guān)系是 n=sin[(α δmin)/2]/sin(α/2)。 α為棱角，δmin為最小偏向角。從該式中看出偏向角變大，則n也增大。其次，從正常色散現(xiàn)象知道頻率越高的光，其偏向角越大，那么同一媒質(zhì)中頻率越高，其偏向角越大，又因偏向角越大，對(duì)應(yīng)n也越大，所以折射率將隨波長(zhǎng)減小(頻率增大)而增大。 ④一般講的折射率數(shù)值都是指對(duì)鈉黃光(5893埃)的折射率。⑤光從某媒質(zhì)進(jìn)入另一媒質(zhì)時(shí)，由于傳播速度變化會(huì)引起波長(zhǎng)變化，但它的頻率是不變的

折射率差：

又叫雙折射率 是指兩種中級(jí)晶族或低級(jí)晶族的晶質(zhì)物質(zhì)的不同方向的折射率的差值

相對(duì)折射率差，表示纖芯的最大折射率n1與包層的折射率n2的差異程度的參數(shù)。其值的大小用△來(lái)表示，△=

△的大小表明光纖中把光封閉在纖芯里傳輸?shù)碾y易程度?！髟酱螅饺菀装压夥忾]在纖芯里，有利于減小光纖的彎曲損耗。但是大的△會(huì)使光纖的帶寬降低或色散增大，通常以百分比表示。多模光纖的△約為1%，單模光纖則更小。△很小的光纖稱為弱導(dǎo)光纖?！骺梢越票硎緸椤鳌?

衡量光纖集光能力的參數(shù)，是描述光纖光學(xué)特性非常有用的參數(shù)。記為NA。

光纖的數(shù)值孔徑是以子午光線（包含在光纖中心軸平面即子午面內(nèi)的光射線）來(lái)描述其定義的。嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義為NA=nsin，式中為在一定點(diǎn)能進(jìn)入或離開(kāi)光纖的子午光線的最大錐體的半頂角，n為該點(diǎn)所在介質(zhì)的折射率。一般可按最大理論數(shù)值孔徑計(jì)算NA

突變型折射率分布的光纖，其數(shù)值孔徑就是最大理論數(shù)值孔徑。

漸變型折射率分布光纖的纖芯折射率n（r）是徑向坐標(biāo)的函數(shù)，光線射入光纖端面不同點(diǎn)時(shí)，其數(shù)值孔徑亦不同。定義漸變型光纖中子午光線的局部數(shù)值孔徑為

NA(r)=

數(shù)值孔徑是光纖的非常重要參數(shù)之一，它體現(xiàn)了光纖與光源之間的耦合效率。

光源與光纖端面間存在空氣隙，入射到光纖端面的光只有一部分能進(jìn)入光纖，而進(jìn)入光纖端面內(nèi)的光也只有部分符合特定條件的光才能在光纖中發(fā)生全內(nèi)反射而傳播。由圖可知，只有從空氣隙到光纖端面以入射角小于 q0入射的光線才能傳播。q0 實(shí)際上是個(gè)空間角，也就是說(shuō)如果光從一個(gè)限制在2q0 的錐形區(qū)域中入射到光纖端面上，則光可被光纖捕捉。