Collimator培訓(xùn)

1、2022/2/141Fiber Collimator 光纖準(zhǔn)直器光纖準(zhǔn)直器 By king( (龔川龔川) )2014.05.222022/2/142大綱介紹1.Collimator是什么？2.Collimator有什么用？3.Collimator關(guān)注的參數(shù)和性能？4.做一款Collimator需要提供的條件？2022/2/143LensPigtailGlass TubeCollimator 3組件：Lens，Holder，PigtailCollimator組成部分2022/2/144準(zhǔn)直器的功能用途用途: : 用于光纖通信光器件輸入輸出的一個(gè)光用于光纖通信光器件輸入輸出的一個(gè)光學(xué)元件。學(xué)元件

2、。使用目的使用目的: : 它可以將光纖內(nèi)的傳輸光轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)直光它可以將光纖內(nèi)的傳輸光轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)直光( (高斯光束高斯光束) )，它的作用是使光最大效率的偶，它的作用是使光最大效率的偶合進(jìn)入所需的器件中或易如接受光信號(hào)最合進(jìn)入所需的器件中或易如接受光信號(hào)最大效率的接受。大效率的接受。2022/2/145Lens 分類： C-lens ，G-lens ，非球面透鏡透鏡分類2022/2/146C-lens C-lens真正對(duì)光束起匯聚準(zhǔn)直作用的功能面是前端球面，玻璃柱體并不改變光束的形狀。2022/2/147C-lens調(diào)試原理：調(diào)試原理：將光纖端面置于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處，將光纖端面置于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處，

3、使光束得到準(zhǔn)直，然后在焦點(diǎn)附近輕微調(diào)節(jié)光纖使光束得到準(zhǔn)直，然后在焦點(diǎn)附近輕微調(diào)節(jié)光纖端面位置，得到所需工作距離端面位置，得到所需工作距離，因此準(zhǔn)直器的工因此準(zhǔn)直器的工作距離與光纖頭和透鏡的間距作距離與光纖頭和透鏡的間距L 相關(guān)。相關(guān)。2022/2/148光斑直徑的計(jì)算光斑直徑的計(jì)算C-Lens: Wt光斑半徑、波長(zhǎng)光斑半徑、波長(zhǎng)o、圓弧、圓弧R、 折射率折射率n、模場(chǎng)半徑、模場(chǎng)半徑Wo例：例： o=1064nm R=1.4mm n=1.754 Wo=6.22 Wt=1.0641.4(1.754-1)3.143.1) 光斑直徑光斑直徑=Wt2=0.406mmC-lens光斑計(jì)算公式2022/2/

4、149 自聚焦透鏡簡(jiǎn)介自聚焦透鏡簡(jiǎn)介 自聚焦透鏡是一種折射率分布沿徑向漸變的柱狀光學(xué)透鏡，具有聚焦和成像功能。自聚焦透鏡是一種折射率分布沿徑向漸變的柱狀光學(xué)透鏡，具有聚焦和成像功能。 自聚焦透鏡的特點(diǎn)自聚焦透鏡的特點(diǎn) 當(dāng)光線在空氣中傳播遇到不同介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)的折射率不同會(huì)改變其傳播方向。當(dāng)光線在空氣中傳播遇到不同介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)的折射率不同會(huì)改變其傳播方向。傳統(tǒng)透鏡是通過(guò)控制透鏡表面的曲率，利用產(chǎn)生的光程差使光線匯聚成一點(diǎn)。傳統(tǒng)透鏡是通過(guò)控制透鏡表面的曲率，利用產(chǎn)生的光程差使光線匯聚成一點(diǎn)。自聚焦透鏡與普通透鏡的區(qū)別在于，自聚焦透鏡材料折射率的分布沿徑向逐漸減自聚焦透鏡與普通透鏡的區(qū)別在于，

5、自聚焦透鏡材料折射率的分布沿徑向逐漸減小，能夠使沿軸向傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生連續(xù)折射，從而實(shí)現(xiàn)出射光線平滑且連續(xù)的匯聚小，能夠使沿軸向傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生連續(xù)折射，從而實(shí)現(xiàn)出射光線平滑且連續(xù)的匯聚到一點(diǎn)。到一點(diǎn)。 G-LENS長(zhǎng)度計(jì)算公式：長(zhǎng)度計(jì)算公式：2*P=z*2*3.1415*0.25（p）=0.328(980um處處)*zG-lens2022/2/1410 不同節(jié)距自聚焦透鏡中的傳播軌跡不同節(jié)距自聚焦透鏡中的傳播軌跡 自聚焦透鏡的主要參數(shù)自聚焦透鏡的主要參數(shù)節(jié)距：在自聚焦透鏡中，光束沿正弦軌節(jié)距：在自聚焦透鏡中，光束沿正弦軌 跡傳播完成一個(gè)正弦波周期的長(zhǎng)度即稱為跡傳播完成一個(gè)正弦波周期的長(zhǎng)度即稱為 一個(gè)

6、節(jié)距。一個(gè)節(jié)距。 透鏡長(zhǎng)度：自聚焦透鏡透鏡兩端透鏡長(zhǎng)度：自聚焦透鏡透鏡兩端 中心軸線間的距離。中心軸線間的距離。 常數(shù)常數(shù)A：自聚焦透鏡的折射率分布常數(shù)。：自聚焦透鏡的折射率分布常數(shù)。 數(shù)值孔徑（數(shù)值孔徑（N.A.）：）：G-lens2022/2/1411G-Lens2022/2/1412 自聚焦透鏡的應(yīng)用自聚焦透鏡的應(yīng)用 準(zhǔn)直：對(duì)于準(zhǔn)直：對(duì)于1/41/4節(jié)距的自聚焦透鏡，當(dāng)匯聚光從自聚焦透鏡一端面輸入時(shí)，節(jié)距的自聚焦透鏡，當(dāng)匯聚光從自聚焦透鏡一端面輸入時(shí)，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡后會(huì)轉(zhuǎn)變成平行光線經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡后會(huì)轉(zhuǎn)變成平行光線 聚焦：對(duì)于聚焦：對(duì)于1/41/4節(jié)距的自聚焦透鏡，當(dāng)從一端面輸入一束平行

7、光時(shí)，經(jīng)過(guò)自節(jié)距的自聚焦透鏡，當(dāng)從一端面輸入一束平行光時(shí)，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡后光線會(huì)匯聚在另一端面上聚焦透鏡后光線會(huì)匯聚在另一端面上 兩個(gè)自聚焦透鏡分別用做準(zhǔn)直和聚焦，這樣我們可在兩個(gè)自聚焦透鏡之間兩個(gè)自聚焦透鏡分別用做準(zhǔn)直和聚焦，這樣我們可在兩個(gè)自聚焦透鏡之間加入多種光學(xué)器件加入多種光學(xué)器件 自聚焦透鏡的應(yīng)用2022/2/1413區(qū)別？問(wèn)題點(diǎn):為什么要分別使用C-lens 和G-lens？ C-Lens 可通過(guò)增大端面曲率半徑來(lái)增加工作距離，比G-Lens 改變參數(shù)相對(duì)容易，長(zhǎng)工作距離應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，而在普通應(yīng)用中，也因其成本優(yōu)勢(shì)受到歡迎。 只是Filter 型WDM 中，需要在透鏡的端面粘貼濾

8、波片，Grin-Lens端面為平面易于貼片。 G-lens由于光路的矯正作用，可以有效減少像差，當(dāng)光纖NA比較大時(shí)，首選G-lens，可以有效降低IL）。2022/2/1414Pigtail毛細(xì)管毛細(xì)管8夾角夾角AR coating2022/2/1415CollimatorCollimator 原理：原理： 光纖準(zhǔn)直器的作用光纖準(zhǔn)直器的作用; ;將光纖輸出的束腰半徑較小而發(fā)散角將光纖輸出的束腰半徑較小而發(fā)散角較大近似高斯光束轉(zhuǎn)化為腰斑較大而發(fā)散角較小的光束以較大近似高斯光束轉(zhuǎn)化為腰斑較大而發(fā)散角較小的光束以增加對(duì)軸向間距的容查，從而提高光纖與光纖之間的耦合增加對(duì)軸向間距的容查，從而提高光纖與光

9、纖之間的耦合效率效率. .這樣可使兩準(zhǔn)直器之間保持較長(zhǎng)的距離，可以插入光這樣可使兩準(zhǔn)直器之間保持較長(zhǎng)的距離，可以插入光學(xué)元件以實(shí)現(xiàn)器件性能。學(xué)元件以實(shí)現(xiàn)器件性能。Collimator原理？2022/2/1416Collimator有什么用？Collimator 作用：作用： 耦合：兩個(gè)準(zhǔn)直器相互耦合，再在準(zhǔn)直器間插耦合：兩個(gè)準(zhǔn)直器相互耦合，再在準(zhǔn)直器間插入各種功能片，便形成了我們各式器件入各種功能片，便形成了我們各式器件 耦合對(duì)準(zhǔn)直器要求程度一般不高，對(duì)準(zhǔn)直器輸耦合對(duì)準(zhǔn)直器要求程度一般不高，對(duì)準(zhǔn)直器輸出光斑的形狀，橢圓度，甚至準(zhǔn)直度都沒(méi)有嚴(yán)格出光斑的形狀，橢圓度，甚至準(zhǔn)直度都沒(méi)有嚴(yán)格的需求。只

10、要滿足的需求。只要滿足IL標(biāo)準(zhǔn)，搭配適合的功能模塊，標(biāo)準(zhǔn)，搭配適合的功能模塊，就能組合成想要就能組合成想要 的器件。的器件。 也因?yàn)閷?duì)光斑質(zhì)量要求不高，通過(guò)透鏡的靈活使也因?yàn)閷?duì)光斑質(zhì)量要求不高，通過(guò)透鏡的靈活使用，在調(diào)試的過(guò)程中可以事半功倍。如：不同光用，在調(diào)試的過(guò)程中可以事半功倍。如：不同光纖耦合；長(zhǎng)工作距離耦合；小封裝時(shí)選用纖耦合；長(zhǎng)工作距離耦合；小封裝時(shí)選用mini透透鏡等鏡等2022/2/1417Collimator有什么用？Collimator 作用： 自由輸出(大部分公司的自由輸出Collimator，應(yīng)用到下一個(gè)公司的時(shí)候也是為了方便耦合而設(shè)計(jì)) 當(dāng)Collimator用作光纖輸

11、出頭時(shí)，對(duì)光束質(zhì)量的 要求一般非常高；那何為光束質(zhì)量？2022/2/1418高斯光束Collimator關(guān)注的參數(shù)和性能2022/2/1419 Collimator關(guān)注的參數(shù)和性能如何定義 一條完整的高斯光束：1.束腰位置：光斑絕對(duì)平行處到lens端面的距離2.束腰直徑：光斑絕對(duì)平行處光斑的大小3.發(fā)散角：一對(duì)漸近線的夾角， 計(jì)算式是：2*波長(zhǎng)/（3.1415926*束腰半徑）4.能量分布：5.M2：定義了實(shí)際束腰大小，位置與理論束腰大小，位置的比值。用于衡量實(shí)際輸出光束質(zhì)量與TEM00（基膜）的比值。2022/2/1420能量分布均勻能量分布不均勻光斑能量分布2022/2/1421M22022/2/14221.束腰半徑越小，光斑發(fā)散越快；束腰半徑越大，光斑發(fā)散越慢。（準(zhǔn)直器與光纖的區(qū)別，選用準(zhǔn)直器耦合的原因）2.長(zhǎng)工作距離（意味著在更長(zhǎng)的傳輸距離里高斯光束仍近似成平行光）的準(zhǔn)直器，必然要把光斑做大，透鏡相應(yīng)要加長(zhǎng)加粗。小結(jié)2022/2/1423基本要求：1.波長(zhǎng)2.光纖類型3.透鏡類型（C-lens or G-lens）4.外封方式（玻管 or 鍍