无磁保偏光纤准直器

一、定义

        光纤准直器是光纤信号传输中的一种常用的无源光器件。光纤准直器可以将光纤输出端的发散光经由内部的透镜转变为准直光（平行光），也可将自由空间内的平行光耦合进光纤之中。光纤准直器与光纤的连接方式主要有两类，第一类为与裸露光纤直接接触，此种方式较为简便，准直器通常永久连接在光纤上；第二类光纤准直器与光纤连接器之间存在机械截面，此类准直器可以很方便的从光纤接头上安装或者去除。用户可根据实际需要选用不同接头类型，例如PC、APC及SMA等。无磁保偏光纤准直器由保偏光纤尾纤和聚焦透镜精确定位封装而成，封装采用无磁PEEK材料，具有耐高温、耐腐蚀、抗溶解性、抗老化和高机械强度等优异性能的特种工程塑料，可在需求无磁器件的场景中使用。

二、特点

1. 保偏光纤输入，能够保证输入光的线偏振；
2. 套筒使用PEEK材料，可应用于需求无磁场景中。

三、说明

         光纤模式是光波在光纤中传输过程中稳定存在的场分布形式，单模光纤出射光通常具有高斯分布，基模在纤芯区域轴心线处光强最大，随着偏离轴心线的距离增大而逐渐减弱。通常用模场直径(MFD，光强降低到轴心线处最大光强的1/e²的各点中两点最大距离)表征在单模光纤的纤芯区域基模光的分布状态。

在使用准直器对光纤输出光进行准直时，主要需要注意三个参数：光束发散角、输出光束直径及最大束腰距离。根据发散角定义，理论上可以使用以下公式估算该发散角（全角）：

\( \theta \approx \frac{MFD}{f } \cdot \frac{180}{ \pi} \)

 其中，f是准直器的焦距。此公式适用于单模光纤，多模光纤输出光往往呈现非高斯分布，若套用此公式得出的发散角会小于实际发散角。

输出光束直径则可根据下式进行近似计算：

\( d \approx 4\lambda \frac{f}{\pi \cdot MFD} \)

其中，λ为入射光波长；实际传输中由于发散角的存在，输出光束为维持准直，其束腰距离透镜存在一个最大距离，称为最大束腰距离，近似为：

\( z_{max}\approx f+\frac{2f^{2}\lambda }{\pi\cdot MFD^{2}} \)

           无磁保偏准直器，准直器端采用双胶合透镜内部由1片双胶合透镜加上PEEK材料套筒和光纤插芯制作而成。可以将光纤输出端的发散光经由内部的消色差胶合透镜转变为准直光（平行光）。由于内部采用的是双胶合透镜，有优秀的消色差和消球差的能力，故该准直器在工作波长附近波长，均可实现准直。如图1所示，其发散角在工作波长中最佳，但在其他波段其发散角亦有较小效果。

图1 发散角随波长变换

但同样由于消色差在波前差的传输过程中，可能会出现一个增大的过程，所以该准直器的仅限于在工作波长范围内使用，超过该波长范围，会出现光斑高斯分布不均匀现象。