光纖準(zhǔn)直器的分析和比較

1、YANGTZEOPTICALFIBREANDCABLE文章來源: :http:/ 4 4 所示，從圖 2 2（c c）（）（d d）亦可看出準(zhǔn)直器對軸向容差的改善。國1七二川HI“，小匕十3 二間囪匕加；一光纖準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)光纖準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 5 5 所示， 因光纖頭端面的 8 8 度斜角，造成輸出光束與準(zhǔn)直器軸線存在夾角 9,9,稱為點(diǎn)精度。圖 6 6 所示為兩準(zhǔn)直器的理想耦合情況，二者的輸出光場完全重合，其間距為準(zhǔn)直器的工作距離 ZwZw準(zhǔn)直器輸出高斯光束的束腰距離其端面 Zw/2,Zw/2,束腰直徑為 2 2cotcot, ,而高斯光束的發(fā)散角與其束腰直徑成反比關(guān)系。到此我們介

2、紹了光纖準(zhǔn)直器的三個(gè)主要參數(shù)：工作距離、點(diǎn)精度和光斑尺寸。光纖準(zhǔn)直器的設(shè)計(jì)方法光纖準(zhǔn)直器的基本原理是，將光纖端面置于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處，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，因此準(zhǔn)直器的工作距離與光纖頭和透鏡的間距 L L 相關(guān)。光纖準(zhǔn)直器的設(shè)計(jì)方法是，根據(jù)實(shí)際需求確定準(zhǔn)直器的工作距離，依據(jù)高斯光束傳輸理論，確定光纖頭和透鏡間距 L L 并計(jì)算光斑尺寸，然后依據(jù)光線理論計(jì)算準(zhǔn)直器的點(diǎn)精度。具體設(shè)計(jì)步驟如下：a a）確定所需工作距離 ZwZwb b）列出從光纖端面至輸出光束束腰位置的近軸光線傳輸矩陣；下面以 Grin-LensGrin-Lens 準(zhǔn)直器為例：YOFC

3、長飛如四槐尤奸的也接氓”什。兩個(gè)九打作門器的耦合15，Md：翳/十出卜YLML：F.q%c c）列出輸出光束束腰位置的 q q 參數(shù)；高斯光束的傳輸可用 q q 參數(shù)及 ABCDABCD 法則來描述，如下圖公式所示:一般考慮光纖端面高斯光束的模場半徑為0 0 且波面曲率半徑為 Rgoo,Rgoo,因此光纖端面的 q q 參數(shù)為：根據(jù) ABCDABCD 法則，輸出光束束腰位置的 q q 參數(shù)為：d d）確定光纖頭與透鏡間距 L;L;在輸出光束束腰位置，波面曲率半徑為 R3R3即 1/q31/q3 的實(shí)部為 0 0縱觀以上推導(dǎo)過程，q3q3 中只包含一個(gè)變量 L Lo oidIJk-lk3Lh:A

4、,R：-siil，nYANGTZEOPTICALFIBREANDCABLE慟網(wǎng)）造越河時(shí)li問一封1二”8Uq（二）*D因此可依據(jù)上面的公式確定間距 L L 計(jì)算光斑尺寸和點(diǎn)精度;e e）根據(jù)確定的間距 L,L,可由 q3q3 計(jì)算光斑尺寸：點(diǎn)精度可用光線追跡的方式計(jì)算。光纖準(zhǔn)直器常用0.20.23 3節(jié)距的Grin-LensGrin-Lens,就是為了能夠通過微調(diào)間隙L L而得到不同工作距離的光纖準(zhǔn)直器，C-LensC-Lens 的長度選擇，也應(yīng)作類似考慮。光纖準(zhǔn)直器的分析和比較Grin-LensGrin-Lens 最早用于光纖準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直透鏡，NSGNSG 公司是最早的供應(yīng)者，目前國內(nèi)的上

5、海中科光纖通訊器件有限公司、西安飛秒光電科技有限公司和西安同維通信技術(shù)有限公司均能供應(yīng) Grin-LensGrin-Lens。CASIXCASIX 公司的羅勇將 C-LensC-Lens 引入光纖準(zhǔn)直器，因成本優(yōu)勢而得到顧客歡迎。前面已經(jīng)提到，準(zhǔn)直器的工作距離與光纖頭和透鏡間距 L L 相關(guān)，增加間距 L L 可增加工作距離，但是對一個(gè)確定的準(zhǔn)直透鏡，工作距離不能無限增加。當(dāng)光纖端面在透鏡焦點(diǎn)附近調(diào)節(jié)時(shí)，光斑尺寸變化較大，然而將光纖端面置于透鏡焦點(diǎn)上（此時(shí)工作距離接近 0 0）, ,計(jì)算所得光斑尺寸仍有參考作用，有助于估算確定的透鏡參數(shù)所能得到的光斑尺寸。點(diǎn)精度隨光纖頭位置變化不大，取間距 L

6、 L 等于透鏡焦距所得點(diǎn)精度可作為其他情況的近似。下面針對 Grin-LensGrin-Lens 和 C-LensC-Lens, ,分析工作距離、光斑尺寸和點(diǎn)精度與透鏡參數(shù)的關(guān)系。a a）工作距離限制對（1010）式稍作變換，得到一個(gè)關(guān)于 L L 的一元二次方程，該方程有解（兩個(gè)解中接近于透鏡焦距的解才是我們所需要的）的條件是滿足系數(shù)條件式其中系數(shù) a a、b b、c c 與透鏡參數(shù)相關(guān)且包含工作距離 2 因此由上式可得到工作距離的限制條件:si4、-；二/中C-J-cits：N,W+土iK*-T：7jrigirjrigir 鵬：JJ-JJ-1僧；光斑尺寸取間距 L L 等于透鏡焦距，得到光斑尺寸如下：就Giiii-I.am：a4Rvr-11融Lc c）點(diǎn)精度取間距 L L 等于透鏡焦距，得到準(zhǔn)直器點(diǎn)精度如下:Gi-iVL；以上關(guān)于光斑尺寸和點(diǎn)精度的計(jì)算是基于間距 L L 等于透鏡焦距，其結(jié)果僅作為選擇透鏡參數(shù)時(shí)的參考，精確的計(jì)算可依照上述光纖準(zhǔn)直器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。C-LensC-Lens 可通過增大端面曲率半徑來增加工作距離，比 Grin-LensGrin-Lens 改變參數(shù)相對容易，因此在長工作距離