GRIN透镜准直器

1.光纤准直/耦合示意图

2.光纤准直/耦合相关参数计算

①通常焦距越小，输出光斑直径越小（工作距离也小），焦距越长，输出光斑直径越大（工作距离也长），光斑越大，对准越容易

②最佳耦合间距（也就是物理上说的两个准直/耦合器摆放距离）通常小于准直光束的瑞利长度z_r（可简单认为在几倍到几十倍透镜焦距范围内耦合效率都较高），远大于焦距本身

③瑞利长度，从束腰位置出发，光束截面积扩大一倍（半径变为√2ω₀）所传播的距离（在±z_r范围内，光束近似平行，发散很小）

（D为准直光斑直径，λ为光波长）

（1）用作准直需求

例：要求光纤出光经准直器输出后的光斑直径为D=2.0 mm；

如何选：首先确定光源波长为λ=780 nm，使用光纤为780-HP；

     其次根据目标准直光束光斑尺寸代入如下公式计算对应焦距，光源波长为λ=780 nm，使用光纤为780-HP，对应的光纤MFD=5.0 μm

由上公式可得透镜焦距f≈10mm（注意计算时所有单位需一致），依此选取合适焦距的光纤准直器，通常焦距与准直光斑直径成正比关系，标品器件的焦距和所对应的光斑大小都会配对给出。

（2）用作耦合需求

      耦合与准直传输路径正好相反，需要将空间中传输的准直光束经透镜聚焦后耦合到光纤中。要求聚焦后打在光纤端面的光斑直径d 要小于等于光纤的模场直径MFD（针对单模光纤）。

例：需要耦合至光纤中传输的准直光束光斑直径为D=3 mm

如何选：首先确定光源波长为λ=633 nm，使用光纤为630-HP；

     其次，根据准直计算中的公式（两者计算原理一致），聚焦后的光斑直径d （即光纤的MFD）代入到上式有f约等于16 mm，依此选取合适焦距的光纤准直器，同样标品器件的焦距和所对应的光斑大小都会配对给出。

（3）最大束腰距离的理论计算

最大束腰距离，是指为了维持准直，束腰可以距离透镜最远的距离，近似为：

例：尾纤405-HP光纤准直器使用时，光纤MFD = 3.5 µm、光源λ = 450 nm，准直f ≈ 4.6 mm、光斑D=0.75mm这样最大束腰距计算得 499 mm（小于计算得瑞利长度z_r≈981mm）

注：

1、不同厂家的单模光纤在对应波段参数基本一致；

2、同型号非保偏单模与保偏单模在基本参数基本上一致，如MFD、波段范围、NA等；