一、光纤准直器原理

      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。光纤准直器的传输模型如下图所示：

图1 光纤准直器原理示意图

其中，q_i（i=0,1,2,3）分别表示光纤端面，透镜入射面，透镜出射面，和出射光束的束腰处的q参数，而W₀₁和W₀₂分别表示透镜变换前后的束腰；l表示光纤端面与透镜间隔，l_w为准直器的设计工作距离，f为高斯光束的共焦参数。

二、关键参数计算

1. 发散角的理论近似计算方式

    1.1 使用输出光纤的模场直径（MFD）计算（适合理论计算）

其中，MFD是模场直径，f是准直器焦距。

    1.2 利用准直器输出光束不同位置处的光斑尺寸计算（实际测试更方便实用）

其中，l₁、l₂分别为距准直器透镜端面的距离（l₂>l₁）,d1和d2分别为l₁、l₂光斑的直径。

2. 输出光束直径的理论近似计算

      其中，λ是所用光的波长，MFD是模场直径，f是准直器的焦距。测试时，可用光束质量分析仪测试各位置处光斑，光斑尺寸的定义一般为能量中心距离能量衰减至中心能量1/e²位置时的尺寸为光斑半径值。

三、渐变折射率透镜（也称G-lens, Gradient-index lens）原理简介

      渐变折射率准直器使用的透镜与常规的球面和非球面透镜不同，该透镜的折射率并非是在整个区域一致的，而是由中心往径向方向逐层降低，形成折射率梯度渐变。入射至透镜中的光线在每一层都发生一次折射，角度逐渐变化，更多说明可查看渐变折射率透镜的技术说明。

      图2 0.25Pitch渐变折射率透镜折射率分布及光路示意图（仅供理解原理参考，不代表实际结构比例）

      为什么准直器中使用的渐变折射率透镜节距都小于0.25P？

      这是因为一般冷加工中因为材料本身折射率的误差以及加工的误差，透镜的实际焦点位置与理论焦点位置会有一定的微小偏差。为了尽可能将光纤出射端面放置在透镜的理想焦面上，预留出0.01P-0.05P左右的余量，在制作过程中可以通过人工调试光纤端面距透镜的间隙l。

图3 不同Pitch的渐变折射率透镜出光示意图