光纤准直器是光无源器件中的一个重要的组件,在光通信系统中有着非常普遍的应用。它是由单模尾纤和准直透镜组成,具有低插入损耗,高回波损耗,工作距离长,宽带宽,高稳定性,高可靠性,小光束发散角,体积小和重量轻等特点。可将光纤端面出射的发散光束变换为平行光束,或者将平行光束会聚并高效率耦合入光纤,是制作多种光学器件的基础器件,因此被广泛应用于光束准直,光束耦合,光隔离器,光衰减器,光开关,环行器,MM,密集波分复用器ES之中。
光纤准直器的结构参数如图 5 所示,因光纤头端面的 8 度斜角,造成输出光束与准直器轴线存在夹角θ,称为点精度。图 6 所示为两准直器的理想耦合情况,二者的输出光场完全重合,其间距为准直器的工作距离Zw。准直器输出高斯光束的束腰距离其端面Zw/2,束腰直径为 2ωt,而高斯光束的发散角与其束腰直径成反比关系。到此我们介绍了光纤准直器的三个主要参数:工作距离、点精度和光斑尺寸。
光纤准直器的基本原理是,将光纤端面置于准直透镜的焦点处,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,因此准直器的工作距离与光纤头和透镜的间距 L相关。光纤准直器的设计方法是,根据实际需求确定准直器的工作距离,依据高斯光束传输理论,确定光纤头和透镜间距 L并计算光斑尺寸,然后依据光线理论计算准直器的点精度。
低插损、高回损、尺寸小
工作距离长、宽带宽
高稳定性、高可靠性
(1)采用斜端面插针耦合,可大大提高光纤准直器的回波损耗,当斜面倾角为8°01%增透膜时,光纤准直器的时,光纤准直器的自聚焦透镜后端面镀反射率为0.回波损耗可达60dB。采用斜端面插针耦合,主要是为了满足器件高回波损耗的求,角度越大,准直器的回波损耗越大。但插针的端面角度越大,准直器的插入损耗就会越大(要求是:插入损耗越小越好,回波损耗越大越好),这和准直器要求的低插入损耗矛盾,对于准直器插入损耗而言,透镜和毛细管是垂直端面最为理想。因此本文采用8°是针对环行器在这种互相制约关系下的一个折中。视应用场合不同其端面斜角可做成6°、8°、9°、11°或任何角度。
(2)透镜与光纤毛细管端面的间隙也主要是和器件高回波损耗有关,为了达到器件高回波损耗的要求,其间隙一般大于200μm,当间隙大于200μm,器件的回波损耗值近似达到理论上值。但透镜和毛细管端面的间隙越大,同时会造成准直器的插入损耗增大,这又是一对矛盾,根据准直器图纸的精度要求,其间隙是0.385mm,这同时能满足高回波损耗的距离要求,也能使其插入损耗达到要求。准直器的插入损耗和回波损耗相比较而言,回波损耗更容易保证,因此在准直器装配时,以其插入损耗为检测依据,就是这个道理。