光纤光学特性参数梯度折射率透镜

又称变折射率透镜或非均匀介质透镜，通常简称梯析(GRIN)透镜。这是使用具有梯度折射率的介质设计和制造的光学成像元件。可制作梯折透镜的梯折材料可分：　 　①轴向梯度。折射率沿轴向变化，等折射率面是垂直于光轴的平行平面系。一个具有轴向梯度的球面元件等效于一个均匀介质的非球面透镜。

②径向梯度。折射率沿径向变化，等折射率面是中心轴对称的圆柱面系。其中圆柱端面垂直于轴者称伍德透镜，1905年由R.W.伍德制得，其作用如同会聚(发散)透镜。用正一倍放大率的伍德透镜组成的阵列，已用作商品化的光学复印机的光学组件，它大大缩小了复印机的体积，也提高了光照的均匀性。

③层状梯度。折射率沿垂直于含光轴的某一平面变化,等折射率面是平行于光轴的平面系,其梯度平板具有类似柱面透镜的作用，光束在梯度方向上具有会聚（发散）作用。若折射率二次方作线性变化，则具有类似棱镜的作用。

④球梯度。折射率按离定点的距离变化，等折射率面为中心点对称的球面系。大气层近似这种梯度；1854年提出的麦克斯韦鱼眼和1944年提出的卢内堡透镜皆属此类。前者是一个理想成像的绝对仪器，后者由于能宽角度扫描而用于徽波天线方面。

此外，还有等折射率面为抛物面系的抛物线梯度、等折射率面是中心轴对称的圆锥面系的锥状梯度等。昆虫眼睛就近似于抛物线梯度的情形。梯度元件因形小体轻，结构简单，可用作皮下组织显徽镜、内窥镜、摄影物镜、施密特校正板等光学元件，尤宜于用作航天、弹载仪器的光学组件。梯折透镜自1969年用离子扩散技术制出自聚焦元件以来，各种制作技术陆续产生，为梯折透镜设计和制造提供了各种材料，随着制造技术的改进，其前景令人鼓舞。

n(r)=

折射率：

(1)定义或解释

光在两种(各向同性)媒质中速度的比值叫做折射率。

(2)说明

①n=v1/v2表明光由第一媒质进入第二媒质后它们速度的比。这叫做第二媒质相对于第一媒质的折射率，又叫相对折射率。②媒质相对真空的折射率叫做绝对折射率。由于光在真空中传播速度为最大，所以媒质的绝对折射率总是大于1。③同一媒质中不同波长(或频率)的光，具有不同的折射率。波长越短(频率越高)，则折射率越大。这可用复色光经棱镜后发生的色散现象来加以说明。光通过棱镜而偏折，其最小偏向角和折射率之间的关系是 n=sin[(α δmin)/2]/sin(α/2)。 α为棱角，δmin为最小偏向角。从该式中看出偏向角变大，则n也增大。其次，从正常色散现象知道频率越高的光，其偏向角越大，那么同一媒质中频率越高，其偏向角越大，又因偏向角越大，对应n也越大，所以折射率将随波长减小(频率增大)而增大。 ④一般讲的折射率数值都是指对钠黄光(5893埃)的折射率。⑤光从某媒质进入另一媒质时，由于传播速度变化会引起波长变化，但它的频率是不变的

折射率差：

又叫双折射率 是指两种中级晶族或低级晶族的晶质物质的不同方向的折射率的差值

相对折射率差，表示纤芯的最大折射率n1与包层的折射率n2的差异程度的参数。其值的大小用△来表示，△=

△的大小表明光纤中把光封闭在纤芯里传输的难易程度。△越大，越容易把光封闭在纤芯里，有利于减小光纤的弯曲损耗。但是大的△会使光纤的带宽降低或色散增大，通常以百分比表示。多模光纤的△约为1%，单模光纤则更小。△很小的光纤称为弱导光纤。△可以近似表示为△≈

衡量光纤集光能力的参数，是描述光纤光学特性非常有用的参数。记为NA。

光纤的数值孔径是以子午光线（包含在光纤中心轴平面即子午面内的光射线）来描述其定义的。严格的数学定义为NA=nsin，式中为在一定点能进入或离开光纤的子午光线的最大锥体的半顶角，n为该点所在介质的折射率。一般可按最大理论数值孔径计算NA

突变型折射率分布的光纤，其数值孔径就是最大理论数值孔径。

渐变型折射率分布光纤的纤芯折射率n（r）是径向坐标的函数，光线射入光纤端面不同点时，其数值孔径亦不同。定义渐变型光纤中子午光线的局部数值孔径为

NA(r)=

数值孔径是光纤的非常重要参数之一，它体现了光纤与光源之间的耦合效率。

光源与光纤端面间存在空气隙，入射到光纤端面的光只有一部分能进入光纤，而进入光纤端面内的光也只有部分符合特定条件的光才能在光纤中发生全内反射而传播。由图可知，只有从空气隙到光纤端面以入射角小于 q0入射的光线才能传播。q0 实际上是个空间角，也就是说如果光从一个限制在2q0 的锥形区域中入射到光纤端面上，则光可被光纤捕捉。