Collimator培训-文档资料

1、3/8/20221Fiber Collimator 光纤准直器光纤准直器 By king( (龚川龚川) )2014.05.223/8/20222大纲介绍1.Collimator是什么？2.Collimator有什么用？3.Collimator关注的参数和性能？4.做一款Collimator需要提供的条件？3/8/20223LensPigtailGlass TubeCollimator 3组件：Lens，Holder，PigtailCollimator组成部分3/8/20224准直器的功能用途用途: : 用于光纤通信光器件输入输出的一个光用于光纤通信光器件输入输出的一个光学元件。学元件。使用目

2、的使用目的: : 它可以将光纤内的传输光转变成准直光它可以将光纤内的传输光转变成准直光( (高斯光束高斯光束) )，它的作用是使光最大效率的，它的作用是使光最大效率的偶合进入所需的器件中或易如接受光信号偶合进入所需的器件中或易如接受光信号最大效率的接受。最大效率的接受。3/8/20225Lens 分类： C-lens ，G-lens ，非球面透镜透镜分类3/8/20226C-lens C-lens真正对光束起汇聚准直作用的功能面是前端球面，玻璃柱体并不改变光束的形状。3/8/20227C-lens调试原理：调试原理：将光纤端面置于准直透镜的焦点处，将光纤端面置于准直透镜的焦点处，使光束得到准直

3、，然后在焦点附近轻微调节光纤使光束得到准直，然后在焦点附近轻微调节光纤端面位置，得到所需工作距离端面位置，得到所需工作距离，因此准直器的工因此准直器的工作距离与光纤头和透镜的间距作距离与光纤头和透镜的间距L 相关。相关。3/8/20228光斑直径的计算光斑直径的计算C-Lens: Wt光斑半径、波长光斑半径、波长o、圆弧、圆弧R、 折射率折射率n、模场半径、模场半径Wo例：例： o=1064nm R=1.4mm n=1.754 Wo=6.22 Wt=1.0641.4(1.754-1)3.143.1) 光斑直径光斑直径=Wt2=0.406mmC-lens光斑计算公式3/8/20229 自聚焦透镜

4、简介自聚焦透镜简介 自聚焦透镜是一种折射率分布沿径向渐变的柱状光学透镜，具有聚焦和成像功能。自聚焦透镜是一种折射率分布沿径向渐变的柱状光学透镜，具有聚焦和成像功能。 自聚焦透镜的特点自聚焦透镜的特点 当光线在空气中传播遇到不同介质时，由于介质的折射率不同会改变其传播方向。当光线在空气中传播遇到不同介质时，由于介质的折射率不同会改变其传播方向。传统透镜是通过控制透镜表面的曲率，利用产生的光程差使光线汇聚成一点。传统透镜是通过控制透镜表面的曲率，利用产生的光程差使光线汇聚成一点。自聚焦透镜与普通透镜的区别在于，自聚焦透镜材料折射率的分布沿径向逐渐减自聚焦透镜与普通透镜的区别在于，自聚焦透镜材料折射

5、率的分布沿径向逐渐减小，能够使沿轴向传输的光产生连续折射，从而实现出射光线平滑且连续的汇聚小，能够使沿轴向传输的光产生连续折射，从而实现出射光线平滑且连续的汇聚到一点。到一点。 G-LENS长度计算公式：长度计算公式：2*P=z*2*3.1415*0.25（p）=0.328(980um处处)*zG-lens3/8/202210 不同节距自聚焦透镜中的传播轨迹不同节距自聚焦透镜中的传播轨迹 自聚焦透镜的主要参数自聚焦透镜的主要参数节距：在自聚焦透镜中，光束沿正弦轨节距：在自聚焦透镜中，光束沿正弦轨 迹传播完成一个正弦波周期的长度即称为迹传播完成一个正弦波周期的长度即称为 一个节距。一个节距。 透

6、镜长度：自聚焦透镜透镜两端透镜长度：自聚焦透镜透镜两端 中心轴线间的距离。中心轴线间的距离。 常数常数A：自聚焦透镜的折射率分布常数。：自聚焦透镜的折射率分布常数。 数值孔径（数值孔径（N.A.）：）：G-lens3/8/202211G-Lens3/8/202212 自聚焦透镜的应用自聚焦透镜的应用 准直：对于准直：对于1/41/4节距的自聚焦透镜，当汇聚光从自聚焦透镜一端面输入时，节距的自聚焦透镜，当汇聚光从自聚焦透镜一端面输入时，经过自聚焦透镜后会转变成平行光线经过自聚焦透镜后会转变成平行光线 聚焦：对于聚焦：对于1/41/4节距的自聚焦透镜，当从一端面输入一束平行光时，经过自节距的自聚焦

7、透镜，当从一端面输入一束平行光时，经过自聚焦透镜后光线会汇聚在另一端面上聚焦透镜后光线会汇聚在另一端面上 两个自聚焦透镜分别用做准直和聚焦，这样我们可在两个自聚焦透镜之间两个自聚焦透镜分别用做准直和聚焦，这样我们可在两个自聚焦透镜之间加入多种光学器件加入多种光学器件 自聚焦透镜的应用3/8/202213区别？问题点:为什么要分别使用C-lens 和G-lens？ C-Lens 可通过增大端面曲率半径来增加工作距离，比G-Lens 改变参数相对容易，长工作距离应用中具有优势，而在普通应用中，也因其成本优势受到欢迎。 只是Filter 型WDM 中，需要在透镜的端面粘贴滤波片，Grin-Lens端

8、面为平面易于贴片。 G-lens由于光路的矫正作用，可以有效减少像差，当光纤NA比较大时，首选G-lens，可以有效降低IL）。3/8/202214Pigtail毛细管毛细管8夹角夹角AR coating3/8/202215CollimatorCollimator 原理：原理： 光纤准直器的作用光纤准直器的作用; ;将光纤输出的束腰半径较小而发散角将光纤输出的束腰半径较小而发散角较大近似高斯光束转化为腰斑较大而发散角较小的光束以较大近似高斯光束转化为腰斑较大而发散角较小的光束以增加对轴向间距的容查，从而提高光纤与光纤之间的耦合增加对轴向间距的容查，从而提高光纤与光纤之间的耦合效率效率. .这样

9、可使两准直器之间保持较长的距离，可以插入光这样可使两准直器之间保持较长的距离，可以插入光学元件以实现器件性能。学元件以实现器件性能。Collimator原理？3/8/202216Collimator有什么用？Collimator 作用：作用： 耦合：两个准直器相互耦合，再在准直器间耦合：两个准直器相互耦合，再在准直器间插入各种功能片，便形成了我们各式器件插入各种功能片，便形成了我们各式器件 耦合对准直器要求程度一般不高，对准直器输耦合对准直器要求程度一般不高，对准直器输出光斑的形状，椭圆度，甚至准直度都没有严格出光斑的形状，椭圆度，甚至准直度都没有严格的需求。只要满足的需求。只要满足IL标准，

10、搭配适合的功能模块，标准，搭配适合的功能模块，就能组合成想要就能组合成想要 的器件。的器件。 也因为对光斑质量要求不高，通过透镜的灵活使也因为对光斑质量要求不高，通过透镜的灵活使用，在调试的过程中可以事半功倍。如：不同光用，在调试的过程中可以事半功倍。如：不同光纤耦合；长工作距离耦合；小封装时选用纤耦合；长工作距离耦合；小封装时选用mini透透镜等镜等3/8/202217Collimator有什么用？Collimator 作用： 自由输出(大部分公司的自由输出Collimator，应用到下一个公司的时候也是为了方便耦合而设计) 当Collimator用作光纤输出头时，对光束质量的 要求一般非常

11、高；那何为光束质量？3/8/202218高斯光束Collimator关注的参数和性能3/8/202219 Collimator关注的参数和性能如何定义 一条完整的高斯光束：1.束腰位置：光斑绝对平行处到lens端面的距离2.束腰直径：光斑绝对平行处光斑的大小3.发散角：一对渐近线的夹角， 计算式是：2*波长/（3.1415926*束腰半径）4.能量分布：5.M2：定义了实际束腰大小，位置与理论束腰大小，位置的比值。用于衡量实际输出光束质量与TEM00（基膜）的比值。3/8/202220能量分布均匀能量分布不均匀光斑能量分布3/8/202221M23/8/2022221.束腰半径越小，光斑发散越快；束腰半径越大，光斑发散越慢。（准直器与光纤的区别，选用准直器耦合的原因）2.长工作距离（意味着在更长的传输距离里高斯光束仍近似成平行光）的准直器，必然要把光斑做大，透镜相应要加长加粗。小结3/8/202223基本要求：1.波长2.光纤类型3.透镜类型（C-lens or G-lens）4.外封方式（玻管 or