光纤透镜的原理与应用

光纤透镜的原理与应用

光纤透镜，也被称作光纤微透镜或者透镜光纤，所谓的光纤透镜就是在光纤端面处加工制成某种透镜的形状。而光纤透镜的作用就是在光纤或光学系统中起到光路改变或者模式转换的作用。在不同的应用领域光纤透镜也有不同的要求，通常光纤透镜的形状分为斜面、楔形（双斜面，或则四斜面）、球面、圆锥形等，如图1所示。而从光纤透镜的组成形式上区分，则可以分为单光纤透镜和光纤透镜组合。本文主要针对不同类型的光纤透镜，分别介绍一下它们的原理与应用情况。

（图1）

斜面形光纤透镜，主要分为两类：一类斜面角度为6°～10°，用于防止光纤表面反射光在返回光路时造成干扰或损伤；另一类斜面角度为40°～50°甚至更大，这类斜面形光纤透镜可以使光路发生改变甚至使光路产生大角度的全反射，也可以增大光纤受光面积，使更多的光进入到光纤中。主要应用于光纤激光，光纤通讯，传统光学、光纤传感等领域。

楔形光纤透镜，大多数利用楔形光纤透镜组合，进行光路耦合。其中光纤透镜组合常用的有采用楔形光纤透镜前端制作成微柱面形光纤透镜，还有制作成四斜面形光纤透镜，以及斜楔面形光纤透镜等多种，我们统称这类光纤透镜为楔形光纤透镜。因为很多LD输出光束的光斑是椭圆形的，而且椭圆的长短轴之比值与输出功率成正

比，一般该比值为3~5，大功率LD可大于10，最高的可达50以上。显然这样的光束很难耦合到光纤中，为了适应LD输出光束的形状，就可以采用楔形光纤透镜，两个大楔面对应LD发散角度较大的方向，这样就可以增加LD耦合进光纤的效率。普通楔形透镜需在端面镀增透膜从而使得反射光降到最低，而斜楔面形光纤透镜因其特殊的几何形状，使得光纤透镜与LD间在不影响光路传输的前提下形成了折射角度，从而避免了反射光对LD 造成的影响，也消除了反射光造成的噪声干扰。相比普通楔面形光纤透镜镀增透膜工艺，降低了镀膜工艺带来的成本问题，及镀膜工艺可控性差导致的不稳定性。如图2所示

（图2）

球面形光纤透镜，应用球面形光纤透镜的领域有很多，光学耦合领域，生物学领域，医学领域，传感学领域等众多方面。例如在球形光纤透镜上再制作斜面形透镜，则可以用于近年来迅速发展的一种影像诊断技术OCT——光学相干断层扫描技术。如图3所示。

（图3）

圆锥形光纤透镜，因为圆锥形光纤透镜达到了扩大光纤数值孔径，增加收光能力的目的，所以十分适用于与输出光束截面为圆形或者近似圆形的LD、DFB、SLD激光器或者VCSEL等的耦合。另外高精度的圆锥形光纤透镜，也用于制作医疗上的激光微手术系统，和微照明系统等。如图4所示。

（图4）

（图5）

现在国内市场制作光纤透镜和应用光纤透镜方面有很多成熟的方案，不仅有低成本、高精度的冷加工研磨方式制作光纤透镜的技术和设备，拓普光研用激光非接触式加工技术制作光纤透镜的设备，这种技术具有速度快，精度高，光纤表面效果好等特点，这种设备还有实时成像和远场光斑监控功能，可以根据光纤图像或者光斑形状实时修正光纤透镜形状如图。提供了各种制作光纤透镜的高效可靠的方案。