NA   Numerical Aperture   개구수

1. 개구수 (Numerical Aperture)

  ㅇ 파동에 대해 실효적으로 열린 구멍의 단면적에 대한 수치화           ☞ 개구 (Aperture) 참조


2. [광학]  빛 집광 능력을 나타냄 

  ㅇ 광학계의 주요 성능 특성 값을 나타냄  :  (무 차원 단위)

  ㅇ 넓은 범위의 입사각(최대 수광각) 내로 입사시킬 수 있는 능력
     - 그 값이 클수록, 더 많은 광선속의 집속,전달,이용이 가능

  ㅇ 만일, 광학계에서, 여러 렌즈 등 부품들을 연결시, 
     - 각 부품들의 개구수를 일치시켜야 만, 
     - 빛이 새지 않고 처음 받아들인 밝기 그대로 전달 가능

  ㅇ 한편, 개구수는,
     - 회절효과를 고려해야되는 정밀 광학계의 경우에, 
        . 분해능을 제한하는 회절효과(회절한계)를 결정하는 임계 척도가 됨
     - 사진 렌즈의 경우에,
        . 집광력에 대한 성능 척도로써,         ☞ f-수 (상대 개구, Relative Aperture) 참조


3. [광학]  개구수의 표현식   (렌즈 입사)

  ㅇ NA물체공간 = n sin θ,  NA상공간 = n' sin θ'
     - n, n'  :  물체공간, 상공간의 굴절률
     - θ  :  물체점에서 입사동 가장자리로의 경사각
     - θ' :  출사동의 가장자리에서 상점으로의 경사각

        


4. [광통신]  개구수의 표현식   (광섬유 입사)

  ㅇ NA = n。sin θa ≒ sin θa = (n12-n22)1/2 = n √2Δ

     

     - 최대 가능 입사각 (개구각) : θa 
        . (수광각 θA = 2θa)
     - 전반사 임계각 : θc  

  ㅇ 산출식 유도
          

  ※ 특기할 만한 것은 개구수는,
     - 물리적인 치수, 파장에는 관련시키지 않고도, 
     - 오로지 굴절률 만으로 결정 가능


5. [광통신]  개구수의 수치값

  ㅇ 보통, 0.1 ~ 0.3 정도의 값 
     - (단일모드광섬유 : 0.1, 다중모드광섬유 : 0.15~0.3)

  ※ 광섬유가, 내부 전반사 조건을 만족하면서, 
     - 광원으로부터 빛을 얼마나 받을 수 있는 지를 나타내는 능력 수치 값


6. [광통신]  개구수의 측정

  ㅇ 개구수는 각도에 의해 직접 측정하기 어려워서,
     - ① 위 식과 같이 굴절율과 관련이 있어서 굴절율 값으로부터 계산하거나,
     - ② 광섬유 끝단에서 나오는 빛 전력(복사전력)의 최대값의 10%로 떨어지는 각도를
          측정하여 수광각(Acceptance Angle)으로 산출함
     ⇒  NA = n。sin (수광각/2)


7. [광통신]  개구수의 평가

  ㅇ 광원 및 광섬유 간의 결합 용이성
     - 개구수가 큰 광섬유일수록, 광원과의 결합이 용이해짐

  ㅇ 만일, NA = 1인 경우에는, 모든 광선을 전달 및 이용이 가능
     - 유리 광섬유     : 단일모드 광섬유  약 0.1, 다중모드 광섬유  약 0.15~0.3
     - 플라스틱 광섬유 : 유리 광섬유에 비해 원래 큰 전파손실을 갖고있어, 개구수를
                         유난히 크게하여(0.4~0.5) 이를 보상하고있음


8. [광통신]  (참고용어)

  ㅇ 수광각 (Acceptance Angle)
     - 빛을 광섬유 코어에 조사할 때 전반사 가능한 최대 입사 원뿔각

  ㅇ 전반사 (Total Internal Reflection)
     - 굴절률이 작은 매질로 입사할 때, 어느 특정 각도 이상이면, 전부 반사되는 현상