1. Принцип работы оптоволоконного коллиматора

      Волоконный коллиматор может преобразовывать луч с большим углом расхождения (малая перетяжка луча) в луч с малым углом расхождения (большая перетяжка луча) через линзу, тем самым соединяясь с другими оптическими устройствами с меньшими потерями. Обычно мы считаем, что исходящий луч из оптического волокна является гауссовым лучом основной моды. Модель передачи волоконного коллиматора показана на рисунке ниже:

Рисунок 1. Принципиальная схема принципа работы оптоволоконного коллиматора.

Среди них q _i (i=0,1,2,3) соответственно представляют параметры q на торце волокна, входной поверхности линзы, выходной поверхности линзы и перетяжке исходящего луча, тогда как W 01 и W ₀₂ соответственно _{представляют} параметры q до и после преобразования линзы. Перетяжка луча; l представляет собой расстояние между торцом волокна и линзой, l _w — расчетное рабочее расстояние коллиматора, а f — конфокальный параметр гауссова луча.

2. Расчет основных параметров

1. Теоретический приближенный метод расчета угла расхождения.

    1.1 Расчет с использованием диаметра поля моды (MFD) выходного волокна (подходит для теоретических расчетов)

где MFD — диаметр модового поля, f — фокусное расстояние коллиматора.

    1.2. Используйте расчет размера пятна в разных положениях выходного луча коллиматора ( фактическое тестирование более удобно и практично ).

Среди них l ₁ и l ₂ - расстояния от торцевой поверхности линзы коллиматора соответственно (l ₂ >l ₁ ), d1 и d2 - диаметры l ₁ и l ₂ световых пятен соответственно.

2.  Теоретический приближенный расчет диаметра выходного пучка.

    где λ — длина волны используемого света, MFD — диаметр модового поля, а f — фокусное расстояние коллиматора. Во время тестирования можно использовать анализатор качества луча для проверки пятна в каждой позиции.Размер пятна обычно определяется как расстояние от энергетического центра, на котором энергия затухает до энергии центра 1/e 2. Размер представляет собой радиус ^пятна . ценить.

3. Введение в принцип линзы с градиентным индексом (также называемой G-линзой, линзой с градиентным индексом)

      Линза, используемая в градиентном коллиматоре, отличается от обычных сферических и асферических линз, показатель преломления линзы не одинаков по всей площади, а уменьшается слой за слоем от центра к радиальному направлению, образуя градиент показателя преломления. . Свет, падающий на линзу, преломляется один раз в каждом слое, и угол постепенно меняется.Для более подробной информации см. техническое описание линзы с градиентным индексом .

   Рисунок 2. Схематическая диаграмма распределения показателя преломления и оптического пути линзы с градиентом преломления с шагом 0,25 (только для справки, чтобы понять принцип, не отражает фактическую структурную пропорцию).

      Почему в коллиматорах используется шаг линз с градуированным преломлением менее 0,25P?

      Это связано с тем, что при обычной холодной обработке из-за ошибок в показателе преломления самого материала и ошибок обработки будет небольшое отклонение между фактическим положением фокуса линзы и теоретическим положением фокуса. Чтобы максимально разместить торец выхода волокна в идеальной фокальной плоскости линзы, оставляют запас примерно 0,01P-0,05P. В процессе производства зазор l между торцом волокна и линзой можно регулировать вручную.

Рисунок 3. Принципиальная схема излучения света линзами с градиентным показателем преломления с различным шагом.