光纤透镜及其在光学系统中的应用

光纤透镜（也被称为光纤微透镜或透镜光纤）是通过在光纤端面加工制作成某种透镜形状，以改变光路或进行模式转换。光纤透镜广泛应用于需要聚焦和准直功能的各种场合，如耦合器、准直器、光隔离器、光开关和波分复用器等，是光通信无源器件生产中不可或缺的关键元件。

不同应用领域对光纤透镜有不同的要求，常见的光纤透镜形状包括斜面、楔形（双斜面或四斜面）、球面和圆锥形等。

1. 斜面光纤透镜

斜面光纤透镜分为两类：一类斜面角度为6~10°，用于防止光纤表面反射光在返回光路时造成干扰或损伤；另一类斜面角度为40~50°甚至更大，这类斜面光纤透镜可以改变光路甚至产生大角度全反射，也可以增大光纤受光面积，使更多光线进入光纤。主要应用于光纤激光、光纤通信、传统光学和光纤传感等领域。

2. 楔形光纤透镜

楔形光纤透镜通常通过组合多个楔形光纤透镜进行光路耦合。常见的组合方式有利用楔形光纤透镜前端制作微柱面形光纤透镜，制作四斜面形光纤透镜和斜楔面形光纤透镜等。这类光纤透镜统称为楔形光纤透镜。

3. 斜楔光纤透镜

斜楔面形光纤透镜由于其特殊的几何形状，使得光纤透镜与激光二极管（LD）之间形成折射角度，避免了反射光对LD的影响，消除了反射光造成的噪音干扰。相比普通楔形光纤透镜需要端面镀增透膜的工艺，斜楔面形光纤透镜降低了成本问题和不稳定性。

4. 球面光纤透镜

球面光纤透镜在光学耦合、生物学、医学和传感学等领域有广泛应用。例如，将斜面形透镜制作在球形光纤上，可用于光学相干断层扫描技术（OCT）等影像诊断技术。

5. 圆锥形光纤透镜

圆锥形光纤透镜能够扩大光纤的数值孔径，增加收光能力，非常适用于与输出光束截面为圆形或近似圆形的激光二极管（LD）、分布反馈激光器（DFB）、超大发光面激光器（SLD）或垂直腔面发射激光器（VCSEL）等的耦合。高精度的圆锥形光纤透镜还可用于医疗激光微手术系统和微照明系统等。