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当今,光纤已成为世界通信中主要传输方式,应用广泛、发展迅猛。作为光纤通信设备的重要组成部分—光无源器件,如光环形器、光开关、光隔离器、光衰减器、光波分复用器等,在其工作过程中,输入和输出光纤端面之间必须间隔一定的距离,以便能够在光路中插入光学元件,从而实现器件功能。但通常光纤通信系统所用的光源是基模高斯光束,该光束从光纤的端面出射时发散角较大,会导致光路中的光能量损失严重,不利于光的传输和耦合。光纤准直器就是应用于光无源器件中,其作用就是实现光束准直,将从光纤中出射的发散光经过准直后变成发散角极小、近似平行光束,或者将平行光束会聚进入光纤,从而提高光器件的耦合效率。目前,用来制作光纤准直器的主要元件是GRIN Lens和C-Lens,C-Lens光纤准直器具有长工作距离时的低插入损耗、工作距离范围大以及成本低等优点,弥补了GRIN Lens光纤准直器的缺点,从而被国内外各光学器件厂家广泛使用。但自从欧盟2006年7月1日实施RoHS,对产品中的有害物质进行限制,C-Lens的材料就由SF11改为N-SF11,但N-SF11材料光学稳定性较差、热膨胀系数较大,造成高温装配、以及高温高湿或高低温循环测试时,插损IL漂移较大、不稳定,且易发生开裂现象,给产品带来了困扰,并且市场上对产品性能提出了更高的要求,要求更低的插入损耗。本论文在查阅大量参考文献的基础上,从材料特性分析入手,选取合适的材料,寻找提高热稳定性的方法,并优化产品结构和参数指标,从而实现低插损、低温度插损漂移并可高温焊接装配且性能稳定的C-Lens光纤准直透镜。 研究包括: 1.介绍了光纤准直器的历史、特点和发展前景,着重阐述了C-Lens产品的现状以及当前所遇到的问题。 2.研究C-Lens的设计原理、高斯光束、ABCD矩阵,为C-Lens的设计计算提供理论基础;分析光学玻璃材料、C-Lens相关的主要光学指标、产品热稳定性的影响因素。围绕提高热稳定性和降低插损IL,通过选择合适的新材料S-NPH2,优化产品参数指标,优化产品结构,从而实现改进型C-Lens的设计。 3.进行N-SF11和S-NPH2材料的光纤准直器对比测试试验,特别是高低温循环试验和高温高湿试验,证明S-NPH2材料适合于C-Lens产品的加工,且使用其加工的改进型C-Lens光纤准直器的IL<0.2、△IL<0.05dB,具有低插损、低温度插损漂移并可高温焊接装配的稳定性能。