一般规格

纤维性能 

光纤配比

大多数光纤均由两种不同类型的光传输材料组成。纤芯约占光纤的 75-90%(具体视光纤直径而定),折射率比包层更高。这使得纤芯和包层之间产生了一个反射界面,由于完全反射,将光保持在纤芯内。
大多数光纤采用玻璃、塑料或合成熔融石英(通常被称之为“石英”,但实际上光纤由非晶态“石英玻璃”组成)制成。每一种光纤均有不同的热性能,可产生各类优势。石英光纤
低衰减,常用于数据通信领域。由于成本效益比合理,玻璃仍是照明及传感应用的最佳之选。塑料光纤可用于无需175°F/80°C 以上热量的装配。单根塑料光纤的直径通常大于玻璃光纤,导致弯曲半径受到限制。


 

数值孔径

上面的略图显示的是典型光纤。纤芯的折射率为 N1,包层的折射率为 N2。光线以角 A 进入光纤并通过光纤传输。如果角 A 过大,则光线不会被传输。我们将超过后光线就无法通过光纤进行传输的角度称之为“临界角”。可通过两个折射指数计算得出其值。临界角的正弦值为数值孔径或 NA。光纤的接受角是临界角的两倍。

示例:设 N1 为 1.62、N2 为 1.52,则 NA 为 0.56,得出临界角 34°,接受角 68°。f 值/等值为 f/0.89。在光传输过程中,光纤往往会保持入射角,因此上图中的角 A 在光纤入口端和出口端均显示。下面的略图显示的是照亮光纤束的典型投影灯。角 A 是 0.25 NA 光纤的接受角 (29°)。角 B 是灯的入射角,角 C 是 0.66 NA 光纤的接受角 (83°)。

计算得出 45° 入射角所需的最小 NA 为 0.38。因此,NA. 为 0.66 的光纤可接受灯的所有光线,但是输出角将仅为 45° 而非 83°(期望值)。但是,NA. 为 0.25 的光纤无法接受所有光线,输出角将为 20°。使用小 NA 光纤无法接受任何超过其临界角的光线,因此灯无法聚光,且输出锥狭窄。多组件玻璃光纤的 NA 值通常可达到 0.9,而硅石英光纤的 NA 值通常不会超过 0.4。

光纤的传输特性

光纤束的传输特性
高品质光学玻璃(冕牌玻璃和燧石玻璃)用于光传输核心,反射率不同的光学玻璃用于包层。波长介于 400 至 900 nm 之间时,可均匀传输,仅存在微小变化。在这一范围内,肖特标准多组件玻璃光纤(GOF70 和 GOF85)的衰减水平为 150 至 300dB/km。尽管波长介于 350 至 450 nm 时传输更佳,但对更深的紫外光线范围传输能力较差,波长低于 350 nm 时则无法传输。玻璃光纤在近红外光线范围(0.8μm 至 1.3μm)内的传输能力良好。除了专为红外传输而设计的光纤外,所有光纤由于玻璃内的 OH 吸收在 1.4 微米条件下的传输能力显著下降。针对 1.4 至 2.0μm 的范围,可使用专为红外传输而设计的玻璃光纤。若想在 250nm 至 3.0μm 的整个范围内获得更佳的传输性能,则石英玻璃(熔融石英)光纤是最佳选择,但其 NA 更小。

 

光纤束的传输特性

尽管单根光纤的具体性能信息非常重要,但了解光纤如何被制成光纤束时的过程也很重要。全反射会导致部分光线反射到入口和出口处的光纤抛光玻璃表面。此外,光纤之间的间质空隙通常由环氧树脂胶填满,不会传输任何光线。这两大因素导致的光线损失预计约 25 % - 30 %,具体视抛光效果而定。可通过热熔合入口端而非用胶水粘连光纤来减少间质空隙的损失。从而将传输比例提高至 15%。此外,随着导光束长度的增加,也会造成传输损失增加。长 3 英尺/1m 的导光束在 NA 范围内将灯发射出的光线的 60% 传输至光纤束。长 10 英尺/3m 的导光束将传输 55% 的光线,长 30 英尺/10 米的导光束传输约 40% 的光线。
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