光纖透鏡的原理與應(yīng)用.docx

光纖透鏡的原理與應(yīng)用光纖透鏡，也被稱作光纖微透鏡或者透鏡光纖，所謂的光纖透鏡就是在光纖端面處加工制成某種透鏡的形狀。而光纖透鏡的作用就是在光纖或光學(xué)系統(tǒng)中起到光路改變或者模式轉(zhuǎn)換的作用。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域光纖透鏡也有不同的要求，通常光纖透鏡的形狀分為斜面、楔形（雙斜面，或則四斜面）、球面、圓錐形等，如圖1所示。而從光纖透鏡的組成形式上區(qū)分，則可以分為單光纖透鏡和光纖透鏡組合。本文主要針對不同類型的光纖透鏡，分別介紹一下它們的原理與應(yīng)用情況。（圖1）斜面形光纖透鏡，主要分為兩類：一類斜面角度為610，用于防止光纖表面反射光在返回光路時(shí)造成干擾或損傷；另一類斜面角度為4050甚至更大，這類斜面形光纖透鏡可以使光路發(fā)生改變甚至使光路產(chǎn)生大角度的全反射，也可以增大光纖受光面積，使更多的光進(jìn)入到光纖中。主要應(yīng)用于光纖激光，光纖通訊，傳統(tǒng)光學(xué)、光纖傳感等領(lǐng)域。楔形光纖透鏡，大多數(shù)利用楔形光纖透鏡組合，進(jìn)行光路耦合。其中光纖透鏡組合常用的有采用楔形光纖透鏡前端制作成微柱面形光纖透鏡，還有制作成四斜面形光纖透鏡，以及斜楔面形光纖透鏡等多種，我們統(tǒng)稱這類光纖透鏡為楔形光纖透鏡。因?yàn)楹芏郘D輸出光束的光斑是橢圓形的，而且橢圓的長短軸之比值與輸出功率成正比，一般該比值為35，大功率LD可大于10，最高的可達(dá)50以上。顯然這樣的光束很難耦合到光纖中，為了適應(yīng)LD輸出光束的形狀，就可以采用楔形光纖透鏡，兩個(gè)大楔面對應(yīng)LD發(fā)散角度較大的方向，這樣就可以增加LD耦合進(jìn)光纖的效率。普通楔形透鏡需在端面鍍增透膜從而使得反射光降到最低，而斜楔面形光纖透鏡因其特殊的幾何形狀，使得光纖透鏡與LD間在不影響光路傳輸?shù)那疤嵯滦纬闪苏凵浣嵌?，從而避免了反射光對LD造成的影響，也消除了反射光造成的噪聲干擾。相比普通楔面形光纖透鏡鍍增透膜工藝，降低了鍍膜工藝帶來的成本問題，及鍍膜工藝可控性差導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。如圖2所示（圖2）球面形光纖透鏡，應(yīng)用球面形光纖透鏡的領(lǐng)域有很多，光學(xué)耦合領(lǐng)域，生物學(xué)領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，傳感學(xué)領(lǐng)域等眾多方面。例如在球形光纖透鏡上再制作斜面形透鏡，則可以用于近年來迅速發(fā)展的一種影像診斷技術(shù)OCT光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)。如圖3所示。（圖3）圓錐形光纖透鏡，因?yàn)閳A錐形光纖透鏡達(dá)到了擴(kuò)大光纖數(shù)值孔徑，增加收光能力的目的，所以十分適用于與輸出光束截面為圓形或者近似圓形的LD、DFB、SLD激光器或者VCSEL等的耦合。另外高精度的圓錐形光纖透鏡，也用于制作醫(yī)療上的激光微手術(shù)系統(tǒng)，和微照明系統(tǒng)等。如圖4所示。（圖4）（圖5）現(xiàn)在國內(nèi)市場制作光纖透鏡和應(yīng)用光纖透鏡方面有很多成熟的方案，不僅有低成本、高精度的冷加工研磨方式制作光纖透鏡的技術(shù)和設(shè)備，拓普光研用激光非接觸式加工技術(shù)制作光纖透鏡的設(shè)備，這種技術(shù)具有速度快，精度高，光纖表面效果好等特點(diǎn)，這種設(shè)備還有