Was ist die numerische Apertur (NA) einer Glasfaser?

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Wie wirkt sich der NA-Wert auf die Lichtankopplungseffizienz und die Biegefestigkeit der Faser aus?

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Die numerische Apertur (NA) ist ein kritischer Parameter für Glasfasern und beeinflusst maßgeblich sowohl die Lichtankopplungseffizienz als auch die Biegefestigkeit der Faser.

  1. Auswirkung auf die Lichtankopplungseffizienz:
    Eine höhere NA bedeutet einen größeren Akzeptanzkegel für Licht, das in die Faser eintritt. Dies bedeutet, dass die Faser Licht aus einem größeren Winkelbereich erfassen kann, was im Allgemeinen zu einer verbesserten Lichtankopplungseffizienz führt, insbesondere beim Ankoppeln von Licht aus einer breiten oder inkohärenten Quelle oder bei Fehlausrichtungen zwischen der Lichtquelle und der Faser. Bei Singlemode-Fasern kann eine höhere NA, obwohl sie vorteilhaft erscheint, auch strengere Anforderungen an die Aufrechterhaltung des Singlemode-Betriebs über längere Distanzen stellen. Bei Multimode-Fasern ermöglicht eine höhere NA die Ausbreitung von mehr Moden, was die Bandbreite der Faser aufgrund der Modendispersion beeinträchtigen kann.

  2. Auswirkung auf die Biegefestigkeit:
    Fasern mit einer höheren NA sind in der Regel widerstandsfähiger gegen Makrobildungsverluste. Makrobiegung tritt auf, wenn die Faser mit einem Radius gebogen wird, der größer als ihr Durchmesser ist, was dazu führt, dass Licht aus dem Kern in den Mantel austritt. Eine höhere NA bedeutet, dass der kritische Winkel für die Totalreflexion größer ist, wodurch Lichtstrahlen auch dann noch propagieren können, wenn sie die Kern-Mantel-Grenzfläche in steileren Winkeln treffen. Dies macht die Faser weniger anfällig für Lichtverlust, wenn sie gebogen wird. Für Anwendungen, die enge Biegeradien erfordern, wie z. B. bei FTTH (Fiber to the Home) oder komplexen Kabelführungen, werden Fasern mit einer höheren NA bevorzugt (wie z. B.