注：

• 镀膜曲线为镜片同种材质测试片的实测数据，但因不同批次之间存在微小差异，此透过率为典型值供参考；

选型指南

一、用作准直需求

1、举个例子，假如您的需求为：① 光纤经准直输出后的光斑直径为D=2.0 mm；② 您光源波长为λ=780 nm；③ 使用光纤为780-HP；④ 接头为FC/PC。

    1.1 首先确定您的光源波长，350 - 700 nm选择A膜、600 - 1050 nm选择B膜、1050 - 1620 nm选择C膜，这里根据您的光源波长780 nm选择B膜；

    1.2 其次根据您想获得的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=10.069 mm（注意计算时所有单位需一致）。可以发现与10.069 mm最接近的焦距为11 mm，因此可选焦距f=11 mm;

    1.3 再根据您的接头FC/PC，最终可确定推荐型号为：FP3-F11PC-B。 其中FP3代表三轴光纤准直器，F11代表焦距为11 mm，PC表示接头类型为FC/PC，-B代表增透膜为B膜。

二、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）。

举个例子，假如您的需求为：① 需要耦合至光线中传输的准直光束光斑直径为D=0.8 mm；② 您光源波长为λ=633 nm；③ 使用光纤为630-HP；④ 接头为FC/APC。

1、首先，根据光纤型号以及波长，通过查表可知光纤的MFD约为4.5 μm；

2、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 （即公式中的MFD）代入到上式有：

      可得到焦距f=4.466 mm，选择焦距小于并最接近4.466 mm 的4 mm焦距即可。

3、最后，根据接头FC/APC，锁定型号为：FP3-F4AP-A。

高斯光束常用计算公式

一、高斯光束发散角

1、定义：

    1.1、经透镜准直后发散角全角理论近似计算（单位：°）：

式中MFD是光纤的模场直径，f是准直器焦距。在计算过程中需要特别注意方程中MFD和f必须使用相同的单位。

    1.2 、举个例子

    当使用Nufern的780-HP单模光纤连接三轴光纤准直器的FP3-F4AP-B作为准直输出时，通过光纤规格书可知：

    MFD = 5.0 µm，f ≈ 4.0 mm。

    则发散角为：

    θ ≈ (0.005 mm / 4.0 mm)×(180/3.1416) ≈ 0.072° 

二、输出光束直径的理论近似

1、 输出光束的直径可以通过下式近似：

其中λ是光波长，MFD是模场直径，f是准直器的焦距。

2、 举个例子：

    当使用带单模光纤如460-HP(MFD = 3.5 µm)及450 nm光的FP3-F4AP-A五轴准直器(f = 4 mm)时，输出光束直径为：

    4×(450 nm)×[4 mm / (π ·×3.5 µm)] = 0.65 mm

三、最大束腰距离的理论计算

1、 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：

其中f是准直器的焦距，λ是光波长，MFD是模场直径。

2、 举个例子：

    FP3-F4AP-A准直器配合460-HP单模光纤跳线一起使用时，MFD = 3.5 µm、f ≈ 4 mm、λ = 450 nm，这样最大束腰距离近似为：

    4 mm + 2× (4 mm)2 ×(450 nm) / [(3.1416) ×(3.5 µm)2)] = 378 mm

常用光纤型号参数表

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；

3、 光纤跳线参数本质上就是光纤参数，跳线是在光纤基础上增加了互联对接机构-接头（FC/APC、FC/PC、SMA、LC、SC等）以及起保护光纤作用的塑料或者金属外套。

操作指导

一、产品结构图

图1 三轴光纤准直器结构图

二、Z轴位置及俯仰偏摆调节

    每个三轴光纤准直器都包含一个三顶三拉结构，由三颗M3x0.25六角调节器（图2中蓝色圈）和三颗M2*8圆柱头内六角螺钉（图2中绿色圈）组成，通过调节这个结构达到俯仰偏摆调节的目的；俯仰偏摆调节角度可达±5°以上，可以匹配更多的使用场景；透镜安装于透镜座中，通过调节透镜座的位置可以实现Z轴调节的目的。

图2 三顶三拉结构

1、调节Z轴位置（即透镜与光纤之间的间距-焦距）

    可以使用偏心调节转杆85EK-08 插入调节孔内（如图3中蓝色圈的位置），旋转偏心调节转杆实现Z轴位置调节，Z轴调节行程范围为±1mm。

图3 Z轴调节位置

2、调节俯仰偏摆角度

    根据实际光束偏移情况或耦合调节需求，可转动三顶三拉结构中的任意一调节器实现镜片与固定支架的角度调节以补偿光束的偏移，角度最大调节范围为±5°。

3、完成最终调节之后，Z轴位置可以通过附带的紧定螺钉锁定。

如图4所示，通过锁紧两个紧定螺钉（如图4绿色圈位置）固定透镜安装座以达到Z轴锁定的目的；

图4 Z轴锁定

4、光纤锁紧结构

在安装完光纤之后，进行光束调节之前，需要首先锁紧紧定螺钉对光纤位置进行锁定（如图5蓝色圈位置）。

图5 光纤锁定

准直与耦合调节指南

一、单器件准直输出调试步骤

三轴光纤准直器在发货前已经预准直，如需要在不同的波长下准直，请按照以下步骤操作，以获得最佳性能。

1.1  连接激光器

（1）将三轴光纤准直器固定在夹具上，保证其在调节过程中不可被移动；

（2）将光纤输出激光器的跳线接头与三轴光纤准直器相连接，锁紧光纤紧定螺钉；

（3）将光束对准观察屏。

1.2  调节光纤端面至透镜焦点位置

（1）首先使用偏心调节转杆85EK-08插入Z轴调节孔内，旋转偏心调节转杆，观察此时光斑变化情况，如果光束汇聚，则透镜离光纤太远，需要将透镜往光纤端调节。如果光束发散，则透镜太靠近光纤，需要将透镜往远离光纤端调节。

图1 （a）光束聚焦，透镜靠近光纤；                      （b）光束发散，透镜远离光纤。

（2）判定光束是否准直，前后移动观察屏，若前后距离光斑尺寸基本一致，则可判定光束已基本准直。

二、单器件耦合空间光至光纤

2.1预对准（同1.1-1.2操作）

2.2 调节光纤端面至透镜焦点位置

（1）首先将三轴光纤准直器固定在夹具上，调整需要耦合的光束位置，使其尽可能地垂直入射至准直器的透镜中心；

（2）使用观察屏（非可见光可使用红外检测卡 IRDC1和紫外检测卡UVDC1）在三轴光纤准直器光纤接口端观察是否有完整的圆形发散光斑出射，没有的话则需要调整入射光束相对于透镜的位置，主要调节光束偏心以及入射角度；

（3）将光纤接头插入三轴光纤准直器光纤接口，先不旋紧，手动前后移动光纤接头，同时观察功率计上的光功率是否有变化，在功率较大的位置先停止移动光纤接头（原因：因为一开始焦点大概率会偏离旋紧光纤位置，若直接将光纤接头旋紧，找到初始耦合功率波动的位置会比较花费时间。手动移动光纤接头可快速调整至一个当前局部最靠近焦点的位置，只有耦合功率发生初步变化波动，才能更快速的进行有指向性的调节）；

（4）重复调节固定夹具的XY方向，使功率值达到最高（说明透镜基本调至中心位置）；

（5）将光纤接头完全插入，并旋紧螺纹（此时功率会有较大幅度下降，因为此时焦点位置并不在光纤端面处上），锁紧光纤端的紧定螺钉；

（6）依次调节三定三拉结构的螺钉，每个螺钉调节至功率最高再调节下一个螺钉，循环调节直至功率达到局部最大值；

（7）使用偏心调节转杆85EK-08插入Z轴调节孔内，旋转偏心调节转杆，观察耦合功率是否增大，若增大则说明选择方向正确，若功率减小则说明选择方向错误，需要向反方向调节；

（8）Z轴调试到功率最大后，需要锁紧Z轴紧定螺钉，此时功率可能会有所下降，需要按2.7步骤再次调试值功率最大；

（9）重复（4）、（6）-（8）直至耦合效率达到最大值，则完成本次耦合调节。

三轴光纤准直器应用案例

一、三轴光纤准直器的优势

1、焦距可调，可兼容多工作波长

    常规的准直器针对于特定设计波长设计并调试准直，只针对设计波长有最佳准直效果，当使用波长偏离设计波长时，准直度会逐步下降；

    而三轴光纤准直器，可以因为Z轴可调，可实现在膜系波段范围内焦距可调，可针对使用波长进行调节灵活使用，一个顶多个常规准直器。其次除了常规的准直输出，若你需要要将光束聚焦在透镜前某一点，也可以通过它来实现，具有丰富的适用场景范围。

2、高度集成小型化，应用便捷

    三轴光纤准直器体积只有∅ 24.5×27.7 mm，比常规准直器+五轴光学调整架体积至少小了4倍，固定位置尺寸∅ 19.5 mm，可以通过转接件集成在各种壳体、激光器上作为输入、输出组件。高度集成的三轴调节机构，使其在极小的空间范围内也可很轻松的完成光束调节、准直与耦合的工作。

3、超高稳定性

   三轴光纤准直器使用高稳镍铜合金作为壳体材料，能够保障产品在使用过程中的可靠性以及稳定性，下图为实际测试的使用三轴光纤准直器耦合自由空间激光束48小时耦合稳定性测试曲线，48小时稳定性为1.3%。

图一 48小时稳定性测试曲线

二、小空间内的三轴可调节光纤准直输出

    在光纤光学实验和实际应用中，我们经常需要将光纤（光纤链路或者光纤输出的激光器）中传输的光转换成不同尺寸自由空间准直光束。最常用的当属于各种波长类型各种焦距的固定式非球准直器。用户可以根据实际所需要的自由空间准直器光束光斑尺寸挑选对应光斑、焦距的准直器。但此类固定式准直器只能应用在固定单一波长，对客户实际激光器波长可能会有偏差或者需要应用在多波长环境中，此时三轴光纤准直器即可完美满足用户需求。用户可根据实际的光束波长进行实时调节，更方便、波长匹配更准确。

三、激光器耦合至光纤输出（光纤耦合激光器应用）

1、与光纤准直器输出相反，同样有许多用户存在以下情况：

    1.1 手中只有自由空间输出的激光器，但是想要将自由空光耦合至光纤传输系统中；

    1.2 在光学系统中，某个局部光路采用光纤传输更具备优势，因此希望在局部光路中将光束或者支路光束耦合至光纤中传输处理；

    1.3 其它。

    在以上或者其它相似应用中，因为不同激光器的输出光束能量分布情况、发散角等参数各有不同、光路中光束经多个元件后光束传播角度、发散情况也存在变化，在进行光束耦合调试时具备三轴调节维度的三轴光纤准直器即具备很大的高度集成化的优势，可在小空间内即根据不同的光束质量状态完成焦距、角度的匹配耦合，达到最佳耦合效率。