numerical aperture通常译为 数值孔径,缩写为 NA。它是一个无量纲的关键光学参数,用于衡量光学系统(如透镜、显微镜、光纤)收集光线的能力。
💡 核心定义与公式
数值孔径的核心是衡量光学系统能接收或发出的光线的最大锥形角度范围。其计算公式如下:
NA = n * sin(α)
n:物镜与物体之间介质的折射率(例如,空气约为1,水约为1.33,油约为1.5)。
α:孔径角的一半,即从物体点看向物镜边缘所形成的半角。
🔬 主要应用场景
1. 显微镜与成像系统
在显微镜中,数值孔径(NA)是衡量物镜性能的核心指标之一,直接影响成像质量:
分辨率:NA 越大,物镜能分辨的细节越精细。
集光能力:NA 越大,进入物镜的光线越多,图像越明亮。
景深:NA 越大,景深(清晰成像的范围)通常越小。
2. 光纤与波导
在光纤领域,数值孔径(NA)定义了光纤接收光线的能力:
接收角:它决定了光纤端面能接收多大角度范围内的入射光。
光耦合效率:NA 越大,光纤捕捉光线的能力越强,与光源的耦合效率也越高。
传输模式:NA 与纤芯、包层的折射率差相关,影响光纤支持的模式数量和弯曲损耗