Γιατί το αριθμητικό άνοιγμα των πλαστικών οπτικών ινών είναι συνήθως 0.5?

Όταν οι μηχανικοί αναθεωρούν τις προδιαγραφές για πλαστικές οπτικές ίνες (POF) 1 mm, μια τιμή εμφανίζεται επανειλημμένα: ένας αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως, ή NA, περίπου 0,5.

Με την πρώτη ματιά, το NA μπορεί να φαίνεται σαν μια ακόμη παράμετρος φύλλου δεδομένων για καταγραφή δίπλα στην εξασθένηση, το μήκος κύματος ή τη διάμετρο του πυρήνα. Στην πράξη, βοηθά στην εξήγηση πολλών σημαντικών χαρακτηριστικών των βιομηχανικών συνδέσεων POF: γιατί τα LED μπορούν να συνδυάσουν φως στην ίνα σχετικά εύκολα, γιατί η οπτική διεπαφή μπορεί να ανέχεται μεγαλύτερη μηχανική μεταβολή, γιατί υποστηρίζονται πολλές τρόποι διάδοσης και γιατί ο εύκολος συνδυασμός δεν σημαίνει αυτόματα μεγαλύτερη απόσταση μετάδοσης.

Ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως δεν είναι λοιπόν απλώς ένας οπτικός τύπος. Είναι μια μηχανική παράμετρος που συνδέει τη φυσική δομή της ίνας με τον συνδυασμό πηγής, την ευθυγράμμιση συνδετήρα, τη συμπεριφορά τρόπου, την κάμψη και τον συνολικό σχεδιασμό της σύνδεσης.

Τι Σημαίνει Αριθμητικός Δείκτης Διαθλάσεως σε Πλαστικές Οπτικές Ίνες;

Ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως (NA) ποσοτικοποιεί το γωνιακό παράθυρο εκτόξευσης μιας οπτικής ίνας. Για φως που εισέρχεται από τον αέρα, υποδεικνύει πόσο μακριά μπορεί να αποκλίνει μια εισερχόμενη ακτίνα από τον άξονα της ίνας, ενώ εξακολουθεί να ικανοποιεί την συνθήκη καθοδήγησης. Ένα NA 0,5 αντιστοιχεί σε μισή γωνία περίπου 30°, ή περίπου σε πλήρη κώνο αποδοχής 60°.

Για μια συμβατική ίνα με βαθμιδωτό δείκτη, ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως μπορεί να εκφραστεί ως:

NA = n₀ sin θₐ

όπου n₀ είναι ο δείκτης διάθλασης του περιβάλλοντος μέσου και θₐ είναι η μισή γωνία αποδοχής.

Για φως που εισέρχεται από τον αέρα, n₀ είναι περίπου 1, οπότε:

NA ≈ sin θₐ

Αν NA = 0,5:

θₐ ≈ sin⁻¹(0,5) ≈ 30°

Αυτή η γωνία παρέχει έναν πρακτικό τρόπο ερμηνείας του αριθμού. Αντί να λέμε ότι η ίνα απλώς έχει “NA 0,5,” οι μηχανικοί μπορούν να τη θεωρούν ως αποδοχή καθοδηγούμενου φωτός σε μια σχετικά ευρεία γωνιακή περιοχή γύρω από τον άξονα της ίνας.

                                         NA 0,5 και ο Κώνος Αποδοχής Πλαστικών Οπτικών Ινών

Πώς Σχετίζεται το NA με τη Γωνία Αποδοχής

Η γωνία αποδοχής σχηματίζει έναν τρισδιάστατο κώνο αποδοχής στην είσοδο της ίνας.

Μια ίνα με μικρότερο NA έχει στενότερο κώνο αποδοχής, οπότε η εισερχόμενη οπτική δέσμη πρέπει να παραμένει πιο στενά ευθυγραμμισμένη με τον άξονα της ίνας.

Μια ίνα με μεγαλύτερο NA αποδέχεται φως σε ένα ευρύτερο φάσμα γωνιών εκτόξευσης.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε πρακτικές βιομηχανικές συνδέσεις. Μια ευρύτερη γωνιακή αποδοχή μειώνει την ανάγκη για εξαιρετικά ακριβή γωνιακή τοποθέτηση μεταξύ της πηγής και της ίνας.

Το NA μπορεί επομένως να θεωρηθεί εν μέρει ως παράμετρος ανοχής γωνιακής ευθυγράμμισης.

Πώς οι Δείκτες Διάθλασης Πυρήνα και Επένδυσης Καθορίζουν το NA

Η γωνία αποδοχής προέρχεται από την οπτική δομή της ίδιας της ίνας.

Σε μια ίνα με βαθμιδωτό δείκτη, ο πυρήνας έχει υψηλότερο δείκτη διάθλασης από την περιβάλλουσα επένδυση. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, αυτή η διαφορά επιτρέπει στο φως να παραμένει περιορισμένο εντός του πυρήνα.

Για μια απλοποιημένη δομή βαθμιδωτού δείκτη:

NA ≈ √(ncore² − ncladding²)

Μια μεγαλύτερη διαφορά δείκτη διάθλασης παράγει γενικά έναν μεγαλύτερο αριθμητικό δείκτη διαθλάσεως.

Οι συμβατικές βιομηχανικές POF με βαθμιδωτό δείκτη συνήθως συνδυάζουν έναν πυρήνα με βάση το PMMA με επένδυση πολυμερούς χαμηλότερου δείκτη. Αυτή η σχετικά ισχυρή αντίθεση δείκτη διάθλασης καθιστά ένα NA γύρω στο 0,5 πρακτικό για πολλούς σχεδιασμούς POF 1 mm.

                      Πώς οι Δείκτες Διάθλασης Πυρήνα και Επένδυσης Δημιουργούν τον Αριθμητικό Δείκτη Διαθλάσεως των POF

Η τιμή λοιπόν ριζώνει στη φυσική κατασκευή της ίνας αντί να είναι ένας αυθαίρετος στόχος φύλλου δεδομένων.

Γιατί Πολλές POF 1 mm με Βαθμιδωτό Δείκτη Έχουν NA Γύρω στο 0,5;

Δεν υπάρχει τίποτα καθολικό στον αριθμό 0,5.

Δεν έχουν όλες οι πλαστικές οπτικές ίνες το ίδιο NA, και το 0,5 δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως ιδανική τιμή για όλα τα οπτικά συστήματα.

Αντίθετα, ένα NA γύρω στο 0,5 ταιριάζει στην ευρύτερη μηχανική αρχιτεκτονική των συμβατικών POF 1 mm με βαθμιδωτό δείκτη.

Αυτές οι συνδέσεις συνήθως συνδυάζουν:

• έναν σχετικά μεγάλο πυρήνα ίνας;

• ισχυρή διάδοση πολλαπλών τρόπων;

• πηγές ορατού φωτός όπως τα LED;

• μηχανικά απλά συστήματα συνδετήρων;

• επικοινωνία μικρών αποστάσεων στη βιομηχανία.

Ένας ευρύς κώνος αποδοχής λειτουργεί καλά με αυτόν τον συνδυασμό.

Ο πομπός δεν χρειάζεται να εισάγει φως σε πολύ στενή γωνιακή περιοχή, και η οπτική διεπαφή μπορεί να ανέχεται μεγαλύτερη μεταβολή από τα συστήματα που έχουν σχεδιαστεί γύρω από πολύ μικρότερους πυρήνες ή στενότερη γωνιακή αποδοχή.

Η κοινή τιμή NA είναι επομένως καλύτερα κατανοητή ως μέρος ενός μηχανικού συμβιβασμού.

Υποστηρίζει εύκολο συνδυασμό και εγκατάσταση, αλλά συμβάλλει επίσης στην ισχυρά πολυτροπική συμπεριφορά που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν το εύρος ζώνης και η απόσταση γίνονται πιο απαιτητικά.

Πώς το Υψηλό NA Βελτιώνει τον Συνδυασμό LED-προς-POF;

Η σχέση μεταξύ της πηγής φωτός και της ίνας είναι ένας από τους πιο πρακτικούς λόγους για τους οποίους ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως έχει σημασία.

Τα LED εκπέμπουν γενικά φως σε ένα σχετικά ευρύ φάσμα γωνιών αντί να παράγουν μια ενιαία στενή, υψηλά κολλημένη δέσμη.

Εάν η ίνα δέχεται μόνο μια στενή γωνιακή περιοχή, μικρότερο μέρος αυτής της εκπομπής μπορεί να εισέλθει ως χρήσιμο καθοδηγούμενο φως.

Μια ίνα με υψηλότερο NA προσφέρει ένα ευρύτερο γωνιακό παράθυρο εκτόξευσης.

                                    Γιατί το Υψηλότερο NA Κάνει τον Συνδυασμό LED-προς-POF Ευκολότερο

Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Journal of Sensors and Sensor Systems ανέλυσε τον συνδυασμό LED σε τυπικές POF 1 mm με NA 0,5. Έδειξε πώς η γωνία αποδοχής της ίνας περιορίζει το τμήμα της γωνιακής εκπομπής ενός LED που μπορεί να συνδυαστεί σε καθοδηγούμενο φως.

Ένας Ευρύτερος Κώνος Αποδοχής Μπορεί να Συλλάβει Περισσότερη Ακτινοβολία LED

Εξετάστε το ίδιο LED τοποθετημένο μπροστά από δύο ίνες με διαφορετικούς αριθμητικούς δείκτες διαθλάσεως.

Η ίνα με χαμηλότερο NA δέχεται μόνο ακτίνες εντός ενός σχετικά στενού κώνου.

Η ίνα με υψηλότερο NA δέχεται ένα ευρύτερο φάσμα κατευθύνσεων ακτίνων.

Περισσότερη από την γωνιακή έξοδο του LED μπορεί επομένως να πέσει εντός της χρήσιμης περιοχής εκτόξευσης της ίνας με υψηλότερο NA.

Για βιομηχανικές συνδέσεις μικρών αποστάσεων, αυτό είναι χρήσιμο επειδή ο πομπός δεν χρειάζεται να παράγει μια αυστηρά ελεγχόμενη οπτική δέσμη πριν το φως μπορεί να εκτοξευθεί στην ίνα.

Γιατί το NA από μόνο του δεν Καθορίζει την Αποδοτικότητα Συνδυασμού

Ένα υψηλότερο NA δεν εγγυάται υψηλή αποδοτικότητα συνδυασμού.

Η πραγματική εκτοξευόμενη οπτική ισχύς εξαρτάται επίσης από πολλές άλλες μεταβλητές, όπως:

• μέγεθος εκπομπού;

• μοτίβο ακτινοβολίας LED;

• διάμετρος πυρήνα ίνας;

• απόσταση πηγής-προς-ίνα;

• πλευρική μετατόπιση;

• γωνιακή μετατόπιση;

• προετοιμασία άκρου ίνας;

• ανακλάσεις διεπαφής;

• οποιοιδήποτε φακοί ή οπτικές δομές που χρησιμοποιούνται στον πομπό.

Δύο πομποί συνδεδεμένοι στην ίδια POF NA 0,5 μπορούν επομένως να εκτοξεύσουν διαφορετικές ποσότητες οπτικής ισχύος.

Το NA ορίζει την επιτρεπόμενη γωνιακή περιοχή. Δεν καθορίζει το πλήρες αποτέλεσμα του συνδυασμού.

Γιατί η POF 1 mm είναι πιο Ανεκτική σε Αστοχίες Συνδετήρων;

Οι POF θεωρούνται συχνά μηχανικά ανεκτικές, αλλά ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως είναι μόνο μέρος του λόγου.

Δύο διαφορετικοί τύποι σφαλμάτων ευθυγράμμισης πρέπει να διαχωριστούν: πλευρική αστοχία και γωνιακή αστοχία.

Ο Μεγάλος Διάμετρος Πυρήνα Βοηθά στην Πλευρική Αστοχία

Η πλευρική αστοχία συμβαίνει όταν δύο οπτικά στοιχεία μετατοπίζονται πλευρικά το ένα σε σχέση με το άλλο.

Ένας πυρήνας POF κλάσης 1 mm παρέχει έναν σχετικά μεγάλο φυσικό στόχο.

Μια μέτρια πλευρική μετατόπιση μπορεί ακόμη και να αφήσει σημαντική επικάλυψη μεταξύ της περιοχής εκπομπής και του δέκτη πυρήνα.

Αυτό είναι κυρίως ένα φαινόμενο μεγέθους πυρήνα.

Ο μεγάλος πυρήνας μειώνει την απαιτούμενη μηχανική ακρίβεια κατά την τοποθέτηση μιας πηγής, την ευθυγράμμιση δύο άκρων ίνας ή τον σχεδιασμό ενός απλού βιομηχανικού συνδετήρα.

Το Υψηλό NA Βοηθά στην Γωνιακή Αστοχία

Η γωνιακή αστοχία είναι διαφορετική.

Η πηγή και η ίνα μπορεί να είναι σωστά κεντραρισμένες, ενώ οι οπτικοί τους άξονες είναι ελαφρώς κεκλιμένοι ο ένας σε σχέση με τον άλλο.

Εδώ, ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως γίνεται πιο σημαντικός.

Μια POF υψηλού NA δέχεται φως σε έναν σχετικά ευρύ γωνιακό κώνο, οπότε κάποια γωνιακή απόκλιση μπορεί ακόμη και να αφήσει το εισερχόμενο φως εντός της αποδεκτής περιοχής εκτόξευσης.

Η πρακτική ανοχή εγκατάστασης των συμβατικών POF 1 mm προέρχεται επομένως από δύο χαρακτηριστικά που λειτουργούν μαζί:

Η μεγάλη διάμετρος πυρήνα παρέχει χωρική ανοχή.

Το υψηλό αριθμητικό δείκτη διαθλάσεως παρέχει γωνιακή ανοχή.

                             Μεγάλος Πυρήνας έναντι Υψηλού NA: Ανοχή Πλευρικής και Γωνιακής Ευθυγράμμισης

Αυτή η διάκριση έχει σημασία επειδή η απόδοση όλης της ανοχής συνδετήρα στο NA απλοποιεί υπερβολικά την πραγματική οπτική διεπαφή.

Είναι Ένας Μεγαλύτερος Αριθμητικός Δείκτης Διαθλάσεως Πάντα Καλύτερος;

Όχι.

Η ίδια ιδιότητα που καθιστά τις POF υψηλού NA εύκολες στην φωταγώγηση επηρεάζει επίσης πώς διαδίδεται το φως αφού εισέλθει στην ίνα.

Μια POF με μεγάλο πυρήνα και βαθμιδωτό δείκτη είναι ισχυρά πολυτροπική. Το φως μπορεί να διαδοθεί μέσω αυτής υπό πολλές διαφορετικές τροπικές συνθήκες αντί να ακολουθεί μία ταυτόσημη διαδρομή.

Το Υψηλότερο NA Επιτρέπει Περισσότερες Γωνίες Διάδοσης και Τρόπους

Ένα μεγαλύτερο NA επιτρέπει καθοδηγούμενο φως σε ένα ευρύτερο φάσμα εσωτερικών γωνιών διάδοσης.

Κάποια οπτική ισχύς ταξιδεύει σχετικά κοντά στον άξονα της ίνας.

Άλλο φως ακολουθεί πιο πλάγιες διαδρομές και αλληλεπιδρά με το όριο πυρήνα-επένδυσης πιο συχνά.

Σε τροπικούς όρους, η ίνα μπορεί να υποστηρίξει και να διεγείρει έναν μεγάλο πληθυσμό τρόπων διάδοσης.

Αυτό καθιστά την οπτική εκτόξευση σχετικά ανεκτική επειδή ο πομπός δεν χρειάζεται να διεγείρει έναν στενά ελεγχόμενο τρόπο.

Ωστόσο, η ίδια τροπική ποικιλομορφία επηρεάζει τον χρονισμό του σήματος.

Περισσότεροι Τρόποι Μπορούν να Αυξήσουν τη Διατροπική Διασπορά

Διαφορετικοί τρόποι μπορούν να διαδοθούν μέσω της ίνας με διαφορετικούς χρόνους διέλευσης.

Όταν ένας σύντομος οπτικός παλμός διεγείρει πολλούς τρόπους, αυτοί οι τρόποι μπορεί να μην φτάσουν στον δέκτη ταυτόχρονα. Ο ληφθείς παλμός επομένως γίνεται ευρύτερος από τον εκπεμπόμενο παλμό.

                       Ο Συμβιβασμός του Υψηλού NA: Περισσότεροι Αποδεκτοί Τρόποι και Περισσότερη Διατροπική Διασπορά

Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως διατροπική διασπορά.

Μια ανασκόπηση στο Sensors εντοπίζει τον ίδιο μηχανικό συμβιβασμό από την πλευρά της διάδοσης. Ένα ευρύ φάσμα αποδοχής καθιστά την οπτική εκτόξευση λιγότερο περιοριστική, αλλά επιτρέπει επίσης σε έναν ευρύτερο τροπικό πληθυσμό να συμμετέχει στη μετάδοση. Οι προκύπτουσες διαφορές στους χρόνους διέλευσης τρόπων μπορούν να περιορίσουν το διαθέσιμο εύρος ζώνης σε απόσταση.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα μεγαλύτερο NA δεν πρέπει να ερμηνεύεται αυτόματα ως καλύτερη οπτική απόδοση.

Το υψηλότερο NA μπορεί να βελτιώσει την ευκολία συνδυασμού και την γωνιακή ανοχή, ενώ αυξάνει τη σημασία της πολυτροπικής διασποράς.

Το σωστό NA εξαρτάται από τις προτεραιότητες του πλήρους συστήματος.

Πώς το NA Επηρεάζει την Κάμψη, την Απώλεια και την Απόσταση Επικοινωνίας;

Ένα άλλο κοινό λάθος είναι να θεωρείται ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως ως άμεσος δείκτης της απόστασης μετάδοσης.

Μια απλή υπόθεση θα μπορούσε να είναι:

υψηλότερο NA → περισσότερο συνδυασμένο φως → μακρύτερη σύνδεση

Η πρώτη σχέση μπορεί να είναι χρήσιμη υπό κατάλληλες συνθήκες εκτόξευσης.

Η δεύτερη δεν ακολουθεί αυτόματα.

Το NA Επηρεάζει τη Συμπεριφορά Κάμψης αλλά Δεν Ορίζει την Ακτίνα Κάμψης

Ένα σχετικά υψηλό NA μπορεί να συμβάλει σε ισχυρότερο οπτικό περιορισμό και μπορεί να μειώσει την ευαισθησία σε ορισμένες συνθήκες μακροκάμψης.

Ωστόσο, η απόδοση κάμψης δεν καθορίζεται μόνο από το NA.

Η κατασκευή της ίνας, η κατανομή τρόπων, η δομή του καλωδίου, η ακτίνα κάμψης, η γεωμετρία εγκατάστασης και η σοβαρότητα της κάμψης έχουν σημασία.

Διαφορετικοί τρόποι μπορούν επίσης να ανταποκριθούν διαφορετικά όταν η ίνα κάμπτεται.

Για πρακτική εγκατάσταση, το NA επομένως δεν πρέπει ποτέ να αντικαθιστά την καθορισμένη ελάχιστη ακτίνα κάμψης ή την πραγματική απόδοση απώλειας κάμψης του καλωδίου.

Το NA Είναι Μόνο Ένα Μέρος του Προϋπολογισμού Οπτικής Ισχύος

Η απόσταση επικοινωνίας εξαρτάται πρώτα από το αν φτάνει αρκετή οπτική ισχύς στον δέκτη.

Μια πρακτική βιομηχανική οπτική σύνδεση πρέπει να λαμβάνει υπόψη:

• έξοδος πομπού;

• συνδυασμός πηγής-προς-ίνα;

• απώλειες συνδετήρων;

• εξασθένηση ίνας;

• απώλειες σχετιζόμενες με την κάμψη;

• άλλες απώλειες εγκατάστασης;

• ευαισθησία δέκτη.

Ένα μεγαλύτερο NA μπορεί να βελτιώσει την αρχή της αλυσίδας καθιστώντας την οπτική εκτόξευση ευκολότερη.

Αλλά η εξασθένηση συνεχίζει να μειώνει την οπτική ισχύ καθώς αυξάνεται η απόσταση μετάδοσης.

Μια ίνα δεν γίνεται μέσο μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων απλώς επειδή δέχεται φως αποτελεσματικά.

Η Απόσταση Μετάδοσης Εξαρτάται Επίσης από τη Διατροπική Διασπορά

Η ληφθείσα οπτική ισχύς είναι μόνο ένας περιορισμός.

Η ακεραιότητα του σήματος είναι άλλος.

Ακόμη και όταν επαρκής ισχύς φτάνει στον δέκτη, η διατροπική διασπορά μπορεί να διευρύνει τους οπτικούς παλμούς.

Σε υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων ή μεγαλύτερες αποστάσεις, αυτή η διεύρυνση μπορεί να κάνει τα γειτονικά bits πιο δύσκολα να διακριθούν.

Η μέγιστη χρησιμοποιήσιμη απόσταση επικοινωνίας επομένως εξαρτάται τόσο από τον προϋπολογισμό οπτικής ισχύος όσο και από τη συμπεριφορά εύρους ζώνης-απόστασης της σύνδεσης.

Ένας χρήσιμος τρόπος για να διαχωριστούν αυτές οι επιδράσεις είναι να θέσουμε δύο διαφορετικές ερωτήσεις:

Φτάνει αρκετή οπτική ισχύς στον δέκτη;

Το οπτικό σήμα παραμένει επαρκώς άθικτο όταν φτάνει;

Το NA επηρεάζει και τα δύο μέρη του συστήματος, αλλά δεν καθορίζει κανένα από αυτά ανεξάρτητα.

                               Αριθμητικός Δείκτης Διαθλάσεως στο Πλήρες Βιομηχανικό Σύστημα POF

Τι Σημαίνει NA = 0,5 κατά την Επιλογή μιας Βιομηχανικής Σύνδεσης POF;

Όταν ένας μηχανικός βλέπει NA = 0,5 σε μια προδιαγραφή POF, η χρήσιμη ερμηνεία δεν είναι απλώς “αυτή η ίνα έχει μεγάλο αριθμητικό δείκτη διαθλάσεως.”

Σημαίνει ότι η ίνα έχει ένα σχετικά ευρύ γωνιακό παράθυρο εκτόξευσης και έχει σχεδιαστεί για να υποστηρίζει ισχυρή πολυτροπική διάδοση.

Στα συμβατικά συστήματα POF 1 mm, αυτό το χαρακτηριστικό λειτουργεί καλά με οπτικές πηγές ευρείας εκπομπής και συνδυασμό ανεκτικό σε μηχανικές καταπονήσεις.

Αλλά το NA πρέπει πάντα να αξιολογείται μαζί με άλλες παραμέτρους σύνδεσης.

Η διάμετρος του πυρήνα επηρεάζει την ανοχή χωρικής ευθυγράμμισης.

Ο πομπός καθορίζει πόση οπτική ισχύς εκτοξεύεται πραγματικά.

Η εξασθένηση της ίνας καθορίζει πόση ισχύς παραμένει μετά από μια δεδομένη απόσταση μετάδοσης.

Η ποιότητα του συνδετήρα και η κάμψη εισάγουν πρόσθετες απώλειες.

Η ευαισθησία του δέκτη ορίζει πόση ληφθείσα οπτική ισχύς απαιτείται.

Ο ρυθμός δεδομένων και η διατροπική διασπορά επηρεάζουν πόσο μακριά μπορεί να ταξιδέψει το σήμα πριν η διεύρυνση του παλμού γίνει περιοριστική.

Δύο οπτικά συστήματα που χρησιμοποιούν ίνες με το ίδιο ονομαστικό NA μπορούν επομένως να συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά.

Το NA περιγράφει ένα σημαντικό μέρος της οπτικής διεπαφής, όχι την πλήρη σύνδεση επικοινωνίας.

Ο Αριθμητικός Δείκτης Διαθλάσεως Είναι Παράμετρος Συστήματος, Όχι Απλώς Ένας Αριθμός Φύλλου Δεδομένων

Η σημασία ενός NA γύρω στο 0,5 γίνεται πιο σαφής όταν θεωρείται ως μέρος της πλήρους αρχιτεκτονικής των συμβατικών βιομηχανικών POF.

Ένας μεγάλος πυρήνας παρέχει μια γενναιόδωρη περιοχή φυσικού συνδυασμού.

Ένα σχετικά υψηλό NA παρέχει έναν ευρύ κώνο γωνιακής αποδοχής.

Μαζί, αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν πρακτικό τον συνδυασμό πηγών LED ευρείας εκπομπής στην ίνα, διατηρώντας παράλληλα χρήσιμη μηχανική ανοχή σε συνδετήρες και εγκατάσταση.

Ο ίδιος σχεδιασμός υποστηρίζει επίσης πολλούς τρόπους διάδοσης.

Αυτό καθιστά την οπτική εκτόξευση ευκολότερη, αλλά εισάγει εκτιμήσεις διατροπικής διασποράς καθώς αυξάνεται η απόσταση μετάδοσης ή ο ρυθμός δεδομένων.

Αυτό είναι το μηχανικό νόημα πίσω από τον αριθμό.

Το NA ≈ 0,5 είναι χρήσιμο όχι επειδή το 0,5 είναι εγγενώς η ιδανική τιμή για οπτικές ίνες, αλλά επειδή η ευρεία γωνιακή αποδοχή που αντιπροσωπεύει ταιριάζει στην αρχιτεκτονική μεγάλου πυρήνα, καθοδηγούμενη από LED, μηχανικά ανεκτική των συμβατικών βιομηχανικών POF μικρών αποστάσεων.

Μόλις ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως γίνει κατανοητός με αυτόν τον τρόπο, παύει να είναι μια τιμή που αντιγράφεται από ένα φύλλο δεδομένων και γίνεται μια παράμετρος που βοηθά στην εξήγηση του πώς συμπεριφέρεται η πλήρης οπτική σύνδεση.

Συχνές Ερωτήσεις

Τι σημαίνει ένα NA 0,5 σε πλαστικές οπτικές ίνες;

Για φως που εισέρχεται από τον αέρα, ένα NA 0,5 αντιστοιχεί σε μια μισή γωνία αποδοχής περίπου 30°, ή σε έναν πλήρη κώνο αποδοχής περίπου 60°. Σε πρακτικούς όρους, η ίνα μπορεί να δεχτεί καθοδηγούμενο φως σε ένα σχετικά ευρύ φάσμα γωνιών γύρω από τον άξονά της.

Γιατί οι POF 1 mm έχουν συνήθως μεγαλύτερο αριθμητικό δείκτη διαθλάσεως από πολλές γυάλινες ίνες;

Οι συμβατικές POF 1 mm με βαθμιδωτό δείκτη χρησιμοποιούν μια σχετικά μεγάλη διαφορά δείκτη διάθλασης μεταξύ του πυρήνα και της επένδυσής τους, η οποία παράγει ένα υψηλό NA. Η αρχιτεκτονική τους για μικρές αποστάσεις και μεγάλο πυρήνα επωφελείται επίσης από τον εύκολο οπτικό συνδυασμό και την χαλαρή γωνιακή ευθυγράμμιση. Συγκεκριμένες γυάλινες ίνες μπορούν να έχουν πολύ διαφορετικές τιμές NA, οπότε οι συγκρίσεις πρέπει πάντα να γίνονται μεταξύ καθορισμένων τύπων ινών.

Ο ευκολότερος συνδυασμός LED γίνεται με υψηλότερο αριθμητικό δείκτη διαθλάσεως;

Γενικά, ναι. Ένα μεγαλύτερο NA δημιουργεί έναν ευρύτερο κώνο αποδοχής, επιτρέποντας σε περισσότερο από ένα ευρύ μοτίβο εκπομπής LED να πέσει εντός της χρήσιμης περιοχής γωνιακής εκτόξευσης της ίνας. Η πραγματική αποδοτικότητα συνδυασμού εξακολουθεί να εξαρτάται από τη γεωμετρία της πηγής, τη διάμετρο του πυρήνα, την απόσταση, την ευθυγράμμιση, την ποιότητα της άκρης και τη διεπαφή του οπτικού.

Ο υψηλός NA καθιστά τους συνδετήρες POF ευκολότερους στην ευθυγράμμιση;

Ο υψηλός NA βελτιώνει κυρίως την ανοχή στην γωνιακή αστοχία. Ο μεγάλος πυρήνας των POF 1 mm παρέχει μεγάλο μέρος της ανοχής στην πλευρική αστοχία. Οι συμβατικές POF είναι σχετικά εύκολες στη σύνδεση επειδή αυτά τα δύο χαρακτηριστικά λειτουργούν μαζί.

Αυξάνει ο υψηλότερος αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως την απόσταση μετάδοσης των POF;

Όχι άμεσα. Ένα υψηλότερο NA μπορεί να βελτιώσει την αποδοτικότητα εκτόξευσης και επομένως να βοηθήσει τον προϋπολογισμό οπτικής ισχύος, αλλά η μέγιστη απόσταση σύνδεσης εξαρτάται επίσης από την εξασθένηση, την απώλεια συνδετήρα, την κάμψη, την ισχύ του πομπού, την ευαισθησία του δέκτη, τον ρυθμό δεδομένων και τη διατροπική διασπορά.

Πώς ο αριθμητικός δείκτης διαθλάσεως επηρεάζει το εύρος ζώνης των POF και τη διατροπική διασπορά;

Ένα μεγαλύτερο NA επιτρέπει ένα ευρύτερο φάσμα γωνιών διάδοσης και μπορεί να διεγείρει περισσότερους τρόπους σε μια πολυτροπική ίνα με βαθμιδωτό δείκτη. Επειδή διαφορετικοί τρόποι μπορούν να έχουν διαφορετικούς χρόνους διέλευσης, ο ληφθείς οπτικός παλμός μπορεί να διευρυνθεί. Αυτή η διατροπική διασπορά μπορεί να περιορίσει το χρησιμοποιήσιμο εύρος ζώνης καθώς αυξάνεται η απόσταση μετάδοσης ή ο ρυθμός δεδομένων.