旭廷自聚焦透鏡產(chǎn)品說明書

1、自聚焦透鏡產(chǎn)品說明書北京旭廷科技開發(fā)有限公司2004 年 8 月說明書目錄1. 產(chǎn)品概述及參數(shù)列表 12. 訂貨信息 33. 使用注意事項 5 附：自聚焦透鏡原理簡介 .61. 產(chǎn)品概述及參數(shù)列表自聚焦透鏡又稱梯度漸變折射率（ GRIN ）透鏡，其折射率從中 心軸到周邊沿徑向梯度減小，呈軸對稱拋物線分布。它具備準直、聚 焦、耦合等功能，具有體積小、耦合效率高、插入損耗低的優(yōu)點，并 且可以在端面成像。自聚焦透鏡廣泛用于各種有源、無源光器件，如 光纖連接器、光纖耦合器、波分復用器、光衰減器、光隔離器、光濾 波器、光開關(guān)、光纖準直器、摻鉺光纖放大器、光纖光柵等；同時它 也廣泛應(yīng)用于醫(yī)用光學領(lǐng)域，如數(shù)

2、碼電子宮腔鏡等醫(yī)用內(nèi)窺鏡。本公司生產(chǎn)的自聚焦透鏡主要用于光通信領(lǐng)域， 其表面質(zhì)量指標 如下：針孔、麻點：直徑范圍內(nèi)不允許存在直徑大于 30um 的缺陷；不 允許直徑大于 10um 的雜質(zhì)缺陷存在； 直徑在 10um30um 之間的缺 陷少于 4 處。劃痕：不允許寬度超過 5um 的劃傷；允許寬度小于 2um的劃傷 存在；不允許寬 5um 長 200um 劃傷。崩邊：在中心區(qū)域的 90范圍內(nèi)不得有崩邊。 主要應(yīng)用參數(shù)如下表：波長 (nm)型號數(shù)值孔徑 NA中心折射率 N0直徑 (mm)折射率分 布常數(shù)平 方根 A1/2Z（P/4）1.00.5003.142630X1 型0.37(43o)1.56

3、402.00.2486.34X2 型0.46(55o)1.60771.00.6102.581.80.3404.622.00.3055.15X3 型0.60(74o)1.65801.80.4313.65830X1 型0.37(43o)1.55701.00.4913.202.00.2436.46X2 型0.46(55o)1.59901.00.6032.601.80.3334.722.00.2995.26X3 型0.60(74o)1.64611.80.4243.711060X1 型0.37(43o)1.55331.00.4863.232.00.2406.55X2 型0.46(55o)1.59441.

4、00.6012.611.80.3304.762.00.2975.29X30.60(74o)1.63981.80.4203.741310X1 型0.37(43o)1.55141.00.4823.262.00.2386.61X2 型0.46(55o)1.59201.00.5992.621.80.3284.792.00.2965.31X3 型0.60(74o)1.63651.80.4193.751550X1 型0.37(43o)1.55021.00.4803.272.00.2376.64X2 型0.46(55o)1.59051.00.5982.631.80.3274.802.00.2955.33X3

5、 型0.60(74o)1.63451.80.4183.76其他技術(shù)指標如下：項目參數(shù)備注透過率89波長范圍 4002000 nm折射率分布常數(shù) 公差0.75同一交換爐2.5不同爐，不同批次最大截距0.5 PP=2/A1/2透鏡有效直徑6070名義直徑透鏡長度公差2.5按 A1/2 值的變化而調(diào)整0/-0.04 mm指機械加工和拋光公差透鏡直徑公差+0.005 /-0.010 mm最小透鏡長度1.0 mm（對非鍍膜透鏡 ）2.3 mm（對鍍膜透鏡 ）3圓柱度5m面垂直度6 mrad材料耐溫350 oC熱脹系數(shù)1010-6/ oC2. 產(chǎn)品訂貨信息本公司產(chǎn)品采用如下命名方法：A- 孔徑角 243o

6、55o74o序號X1X2X3B-直徑 (mm)1.01.82.0序號101820C-截距 P0.230.250.29序號023025029D-波長(nm)630830106013101550序號630830106013101550E-鍍膜單面鍍膜雙面鍍膜不鍍膜序號AR1AR2NF-角度1o2o3o4o2o4o6o8o序號1D2D3D4D2468示例 :SL-X2-10-025-1310-AR2-3D ，表示需要定購的自聚焦透鏡 孔徑角為 55o、直徑 1.0mm、截距 0.25P、應(yīng)用波長 1310nm、雙端面 傾角為 3o 并且雙面鍍膜。根據(jù)客戶要求 ,可對透鏡進行的特殊工藝處理說明如下 :

7、（ 1）端面角度化處理 :此種處理可以有效減少回光反射。有兩種形式的角度化處理可供選擇，一種是單端面角度化處理：一端傾斜、而另一端垂直于光軸（見圖 1圖2）；另一種是雙端面角度化處理：兩端面相互平行并都傾斜于光軸（見圖 3）（2）鍍防反射膜 :在透鏡端面增鍍防反射膜， 能有效減少光能量損 失;同時有助于保護透鏡表面 ,避免潮濕、化學反應(yīng)和物理損傷。鍍層采用多層金屬氧化物，客戶可選擇鍍膜 1-3 層。各項指標如下:項目非鍍膜鍍膜雙面反射率 （標準入射 ）9110.5最大反射光譜寬度/15nm最大耐熱溫度350oC200oC1000 小時最大濕度和可靠性盡量避免高溫潮濕在 85oC 、相對濕度 8

8、5 下保證 1000 小時（3）柱面金屬化處理 :柱面金屬化處理既可以給透鏡增加額外的保護，也可以在焊接時提供更為牢固的結(jié)合強度。 訂貨時在訂貨信息后 加 -M 表示需要進行這種處理例如 :SL-X2-10-025-1310-AR2-3D-M ，表示定購的自聚焦透鏡孔徑角為 55o、直徑 1.0mm、截距 0.25P、應(yīng)用波長 1310nm、雙端面傾 角為 3o 并且需要雙面鍍膜、柱面金屬化處理柱面金屬化處理技術(shù)指標項目規(guī)格焊接條件層數(shù)3焊料：含鉛鋅的低溫共熔錫合金 助劑：松香 最大焊接溫度 /時間： 230oC/10sec 冷卻：緩冷以避免熱沖擊外層物質(zhì)金名義厚度7m金屬化區(qū)域的有 效面積9

9、5最大焊接溫度230oC不超過 10 秒保證區(qū)域兩端 0.5 mm 以內(nèi)最大允許表面缺陷直徑為 0.5 mm3. 使用注意事項 (1)取放時應(yīng)注意 :打開透鏡包裝的盒蓋時應(yīng)特別小心 ,防止在打開盒 蓋時丟失透鏡 (因為在運輸途中微小的自聚焦透鏡可能會脫離包裝槽 而附著在盒蓋上 )。取放透鏡時應(yīng)用鑷子夾住透鏡的側(cè)面 ,切勿夾持端 面或者用手觸摸端面 (端面若留下劃痕或指印 ,會極大的影響使用 )。(2)清洗時應(yīng)注意 :若透鏡表面不慎染上污跡，那么必須清洗透鏡表面 否則可能會影響正常使用。為了確保透鏡表面不留殘渣 ,一般情況下 清洗劑應(yīng)使用濃度 95%的甲醇或丙酮溶液。(3)儲存時應(yīng)注意 :原包裝

10、打開后 ,若需長期儲存 ,則應(yīng)在包裝內(nèi)使用干 燥皿或干燥劑(如硅膠)以防止透鏡受潮 ,尤其對于非鍍膜透鏡。附:自聚焦透鏡原理簡介1什么是自聚焦透鏡： 傳統(tǒng)的透鏡是通過控制透鏡表面的曲率，憑借光在介質(zhì)分界面的折射使光線匯聚于一 點。自聚焦透鏡又稱梯度漸變折射率 (GRIN) 透鏡，其內(nèi)部特殊的折射率分布使從透鏡端面入 射的光線在透鏡內(nèi)部沿正弦曲線傳播。其折射率變化 N(r) 由下式描述：2N(r)=N 0(1-Ar 2/2)( 式中： N0表示自聚焦透鏡的中心折射率， r 表示自聚焦透鏡的半徑， A表示自聚焦透鏡的折 射率分布常數(shù) )自聚焦透鏡的主要應(yīng)用參數(shù)包括：透鏡直徑 ； 中心軸折射率 N0

11、 ； 折射率分布常數(shù) A ；數(shù)值孔徑 NA( NA=nSinm ，式中 n 表示入射光 所在介質(zhì)的折射率， m表示入射光線的最大孔徑角) 截距 P(光束沿正弦軌跡傳播，完成一個正弦波周 期的長度即稱為一個截距 P)；透鏡長度 Z(透鏡兩端面之間的距離即為透鏡長度)。在不同長度的棒透鏡中，光的傳播軌跡不同。如下所示：圖2 不同長度的 GRIN棒中光的傳播軌跡圖中， Z 為透鏡長度， P 為截距。如圖所示，沿棒透鏡長度方向的不同位置可以得到不 同的成像狀態(tài)。 由此可見，選擇不同的棒透鏡長度，可起到凸透鏡或凹透鏡的作用，形成倒 立實像和虛像、正立實像和虛像。2. 自聚焦透鏡的制備： 為了獲得折射率成

12、梯度分布的棒透鏡，制備自聚焦透鏡最為常用的方法是離子交換法， 它具有成本低和容易控制等優(yōu)點， 被廣泛地用于光通信用自聚焦透鏡的制作。 主要工序及流 程包括：玻璃熔煉，玻璃棒加工，拉制纖維，離子交換，棒透鏡抽樣測試。其基本原理圖如 下：圖 7 離子交換法的基本原理 由于一價金屬離子在玻璃中具有最大的擴散系數(shù)，為獲得 GRIN棒，在高溫下， 將基礎(chǔ)玻璃放入熔融鹽浴中， 引發(fā)離子交換反應(yīng)， 用熔鹽中的對折射率貢獻較小的離子部分替換基礎(chǔ) 玻璃中對折射率貢獻較大的離子， 使這兩種離子在玻璃中的濃度形成一定的梯度， 而在玻璃 中產(chǎn)生折射率梯度。基礎(chǔ)玻璃中必須具有足夠的高極化率離子（ Tl +，Cs+ ，A

13、g+ 等），而用于離子交換的熔鹽應(yīng)含有電子極化率小的離子（K+ 或Na+） 。為滿足光通信用自聚焦透鏡的要求，基礎(chǔ)玻璃配方必須符合如下條件： 1，符合設(shè)計要求的光學性能（折射率，光吸收等）； 2，合理的熔制溫度，以及高溫下合適的粘度；3，滿足成型所要求的料性；4，較高的離子交換系數(shù)； 5，高溫及常溫下的足夠的化學穩(wěn)定性。此外，在透鏡端面增加防反射膜， 可以有效地減少光能量的損失， 有助于保護透鏡表面， 避免潮濕、 化學反應(yīng)和物理損傷； 對透鏡進行端面角度化處理， 可以有效減少表面的回光反 射；對透鏡進行柱面金屬化處理，增加金屬化保護，可以使用戶將其焊接到相應(yīng)位置上，這樣既可以保證與外界隔絕的密

14、封，同時提供比環(huán)氧粘接更為牢固的結(jié)合強度。3自聚焦透鏡的應(yīng)用： 由于從自聚焦透鏡端面入射的光線在透鏡內(nèi)部沿正弦曲線傳播， 以及其圓柱狀的外形特 點，將適當長度的 GRIN棒用于光學系統(tǒng)，便可實現(xiàn)聚焦、準直、成像等特定的功能，從而可 以應(yīng)用在多種不同的微型光學系統(tǒng)中。聚焦：根據(jù)自聚焦透鏡的傳光原理，對于 Z=P/4 的自聚焦透鏡，當從一端面輸入一束平 行光時， 經(jīng)過自聚焦透鏡后光線會匯聚在另一端面上。 這種端面聚焦的功能是傳統(tǒng)曲面透鏡 所無法實現(xiàn)的。準直： 準直是聚焦功能的可逆， 反向應(yīng)用。對于 Z=1/4P的自聚焦透鏡，當匯聚光從自聚焦透鏡一端面輸入時，經(jīng)過自聚焦透鏡后會轉(zhuǎn)變成平行光線。自聚焦

15、透鏡可應(yīng)用于要求有聚焦和準直功能的各種場合，如： 耦合器，準直器，光隔離器，光開關(guān)，波分復用器等等。圖 5中兩個自聚焦透鏡分別用做準直和聚焦。這樣我們可在 兩個自聚焦透鏡之間加入多種光學器件，例如：濾波片、偏振片、法拉第旋光器等等，來構(gòu) 成多種光學無源器件。圖 5 自聚焦透鏡準直和聚焦功能光軌跡示意圖此外， 由于自聚焦透鏡可以通過水平端面完成聚焦功能， 加之其簡單圓柱外型， 使得他 具有耦合聚焦的功能， 在進行光能量連接及轉(zhuǎn)換中有著很廣泛的用途。 自聚焦透鏡的這種功 能使其能夠應(yīng)用于多種光耦合場合， 例如： 光纖和光源、 光纖和光電探測器以及光纖和光纖 之間的耦合等等。圖6中 L1 表示光源或

16、光纖到自聚焦透鏡的端面的距離，Z為自聚焦透鏡的長度， L2為自聚焦透鏡的端面到光纖的距離。調(diào)節(jié) L1 使入射光在自聚焦透鏡的最大有效半徑之內(nèi)。調(diào) 節(jié) L2 使出射光的焦點在光纖的有效半徑之內(nèi)。為了使光源或光纖發(fā)出的光經(jīng)過自聚焦透鏡聚焦后能夠有效地耦合進光纖，就要調(diào)節(jié)L1 和 L2 的大小，從而有效地提高耦合效率。此外，自聚焦透鏡也可用于成像。由于特定長度的自聚焦透鏡具有端面成像的特性， 采用 P/2 的整數(shù)倍長透鏡可以實現(xiàn)顯 微攝像系統(tǒng)中端面到端面的像中繼傳輸。 因此低色差的自聚焦透鏡在各種醫(yī)用內(nèi)窺鏡及工業(yè) 內(nèi)窺鏡中作為物鏡和中繼透鏡得到了越來越廣泛的應(yīng)用。單棒透鏡的直徑和視場角都很小（約為 0.25 3.0mm，12o左右），而且成像距離也很 短，所以單根棒透鏡覆蓋的物面極小。因此， 在使用中常常需要將棒透鏡排列成列陣。 自聚 焦透鏡陣列（ SLA）是 80年代初發(fā)展起來的一種小型、輕量、高性能的新型透鏡。SLA由許多根GRIN棒透鏡按一定規(guī)律排列而成， 使之成復合像。到 80年代中期，以 1：1共軛成像列陣為 代表的列陣形成了系列產(chǎn)品， 在辦公自動化設(shè)備， 如