1. 自聚焦透鏡簡介
自聚焦透鏡又稱梯度折射率透鏡，是指其內部的折射率分布沿徑向逐漸減小的柱狀光學透鏡，具有聚焦和成像功能。
由于梯度折射率透鏡具有端面準直、耦合和成像特性，加上它圓柱狀小巧的外形特點，可以在多種不同的微型光學系統中使用更加方便。并在集成光學領域如微型光學系統、醫用光學儀器、光學復印機、傳真機、掃描儀等設備有著廣泛的應用。
梯度折射率透鏡是光通訊無源器件中必不可少的基礎元器件。應用于要求聚焦和準直功能的各種場合，被分別使用在光耦合器、準直器、光隔離器、光開關、激光器等方面。
1.1 自聚焦透鏡的特點
當光線在空氣中傳播遇到不同介質時，由于介質的折射率不同會改變其傳播方向。傳統透鏡是通過控制透鏡表面的曲率，利用產生的光程差使光線匯聚成一點。
自聚焦透鏡與普通透鏡的區別在于，自聚焦透鏡材料折射率的分布沿徑向逐漸減小，能夠使沿軸向傳輸的光產生連續折射，從而實現出射光線平滑且連續的匯聚到一點。
自聚焦透鏡利用了梯度變折射率分布沿徑向逐漸減小的變化特征，其折射率變化由公式1表述。其折射率分布曲線見圖3。
No ………自聚焦透鏡中心折射率
r …………自聚焦透鏡半徑
根號A………自聚焦透鏡的折射率分布常數
1.2 光在不同節距自聚焦透鏡中的傳播軌跡：
1.3 自聚焦透鏡的主要參數
節距：在自聚焦透鏡中，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節距。
透鏡長度：自聚焦透鏡透鏡兩端中心軸線間的距離。
折射率分布常數（根號A）：自聚焦透鏡的折射率沿徑向分布常數。
數值孔徑（N.A.）：
n…………入射光所在介質的折射率
am……… 入射光線的*大孔徑角
1.4 自聚焦透鏡的應用原理
聚焦：根據自聚焦透鏡的傳光原理，對于1/4節距的自聚焦透鏡，當從一端面輸入一束平行光時，經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曲面透鏡所無法實現的。如下圖5所示：
準直：準直是聚焦功能的可逆應用。根據自聚焦透鏡的傳光原理，對于1/4節距的自聚焦透鏡，當匯聚光從自聚焦透鏡一端面輸入時，經過自聚焦透鏡后會轉變成平行光線。如下圖6所示：
自聚焦透鏡是光纖通訊無源器件中必不可少的基礎器件，應用于要求有聚焦和準直功能的各種場合，如：準直器、耦合器、光隔離器、光開關、波分復用器等等。例如圖7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，來構成多種光學無源器件。
耦合聚焦：由于自聚焦透鏡可以通過端面完成 |
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