光纤准直器通过透镜能实现将从发散角较大（束腰小）的光束转换为发散角较小（束腰大）的光束，从而以较低损耗耦合进入其他光学器件。一般，我们将从光纤中的出射光束认为是基模高斯光束，光纤准直器基本模型如下：

图1.光纤准直器原理示意图。

根据ABCD理论，高斯光束q参数经透镜变换后

这样，我们可以得到经过透镜后的束腰大小：

不论对于何种透镜，准直器的出射光斑和工作距离都取决于透镜的传输矩阵ABCD；对于给定的透镜，它们还跟入射光斑大小和光纤端面与透镜间的距离l 有关，也就是说，对于给定的入射光束和给定的透镜，我们可以通过在透镜焦距附近改变l 来实现不同的工作距离。在实际制作准直器当中，我们正是通过这种方法来实现不同的工作距离的。

进一步地，如果我们需要定量计算准直器的出射束腰和工作距离，需要具体知道不同透镜的ABCD系数。对于G Lens（自聚焦透镜，通常为0.23P），它的ABCD矩阵为：

其中，为透镜的轴线折射率，L为透镜的中心厚度，为透镜的聚焦常数。由于G Lens的ABCD系数取决于n_o，L和，因而，适当选择这些参数，同样能改变准直器的出射光斑大小和工作距离。

对于 C-lens(厚透镜)，它的传输矩阵为：

表1 已制作C-lens准直器beamscan数据与理论计算值比较

上面提到，对于给定的透镜，准直器出射光束大小和工作距离取决于光纤端面与透镜间的距离l ，我们可以从下图定性了解这种变化关系。

图2.工作距离l_w与l 的关系。

从图2，我们可以看到，随着l 的增加，工作距离l_w先增后减，当l =0.2306mm时，工作距离l_w =54.44mm为最大值。该最大值由透镜决定的，无论怎样改变l ，工作距离也不可能超过它，在实际制作准直器中需考虑这个问题。从方程（6）和（8），我们也可以得到C-lens准直器的最大工作距离的表达式：

在这里，由于R~mm， n-1~1，在估算C-lens准直器最大工作距离时我们可以省略掉项。从方程（9），我们可以看到，C-lens准直器的最大工作距离是由它的曲率半径决定的，它跟曲率半径的平方成正比，因此我们可以容易选用大的曲率半径的C-lens获得较大的工作距离，这也是C-lens区别于G lens的一个地方。例如，如果我们选用曲率半径R=1.8mm的 C-lens，我们可以得到最大工作距离是120mm的准直器。

当工作距离在最大值以内时，有两个不同的l 同时能满足工作距离的要求，一个近，一个远，就如我们上面计算看到的，例如，当l_w =25mm, l =0.1897, 0.4056mm。为获得发散角小的光束，我们应当取l <=0.2306mm，这个问题在实际制作准直器中同样应当考虑到，当l≤0.2306mm时，l_w的变化随l 变化很敏感，例如，当l =0.1773mm, l_w =1mm，当l =0.1870mm，l_w =20mm，这意味中我们在制作准直器中调节l要很缓慢。

图3.出射光斑大小与工作距离l_w 的关系。其中，近场距离为7mm，远场距离为110mm。

图4 出射光发散角与工作距离l_w的关系。

图3和图4分析了不同工作距离对出射光束的影响。从图3，我们可以看到，在最大工作距离内，近场光斑在300μm附近变化，远场光斑在700μm附近变化；近场光斑和束腰大小随着工作距离的增加而减小，而远场光斑随工作距离增加先减小，在45mm附近有稍稍增加。从图4，在最大工作距离内，随着工作距离的增加，光束的发散角从6.2mrad (0.3552°)单调增加至7.4mrad（0.4240°），这说明，工作距离越小，所获得光束准直效果越好。