数值孔径

光学系统的数值孔径(NA)是一个无量纲的数，用以衡量该系统能够收集的光的角度范围。在光学的不同领域，数值孔径的精确定义略有不同。在光学显微镜领域，数值孔径描述了物镜收光锥角的大小，而后者决定了显微镜收光能力和空间分辨率;在光纤领域，数值孔径则描述了光进出光纤时的锥角大小。

其大小由下式决定:NA = n * sin α，其中 n 是被观察物体与物镜之间介质的折射率;α 是物镜孔径角(2α)的一半。物镜孔径角是指:物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。

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。

qo 越大，即纤芯与包层的折射率之差越大，光纤捕捉光线的能力越强，而参数 sinqo 直接反映了这种能力，我们称为光纤的数值孔径 NA (Numerical Aperture)

基本信息

中文名称

数值孔径

外文名称

Numerical Aperture

计算式

NA = n * sin α

用    途

光纤参数，显微镜光透过

性    质

无量纲数

数值孔径

镜口率

数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断两者(尤其对物镜而言)性能高低(即消位置色差的能力，蔡司公司的数值孔径是代表消位置色差和倍率色差的能力)的重要标志。其数值的大小，分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。

物镜前透镜

数值孔径(NA)是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率(n)和孔径角(2α)半数的正弦之乘积。用公式表示如下:NA = n * sin α。孔径角又称"镜口角"，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通量就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。

作用说明

增大介质折射率

在显微镜系统中，对于给定的物镜，孔径角已经固定，若想增大其NA值，唯一的办法是增大介质折射率n值。基于这一原理，就产生了水浸系物镜和油浸物镜。

因介质的折射率n值大于1，NA值就可能大于1。

数值孔径最大值为1.4，这个数值在理论上和技术上都达到了极限。如果用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。

发挥物镜数值孔径的作用

这里必须指出，为了充分发挥物镜数值孔径的作用，在观察时，聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA值。

数值孔径与其它技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其它各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，焦深与数值孔径的平方成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。

不同物镜的数值孔径和分辨率(波长550nm理想情况下)

物镜类型

消色差平场萤石平场复消色差透镜

放大倍数NA分辨率

(微米)NA分辨率

(微米)NA分辨率 (微米)

4倍0.102.750.132.120.201.375

10倍0.251.100.300.920.450.61

20倍0.400.690.500.550.750.37

40倍0.650.420.750.370.950.29

60X0.750.370.850.320.950.29

100X1.250.221.300.211.400.20