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指纹门禁使用的指纹传感器中,传感器的光学菱镜的光路的自动聚焦。在讨论自聚焦透镜作为准直透镜的附加耦合损耗之前,先简要地讲解一下光纤准直器。光纤准直器是光纤通信系统和光纤传感系统中的基本光学元件,它是由光纤和长度为1/4节距的具有合适镀层的自聚焦透镜组成。
自聚焦透镜自聚焦透镜的焦距为式中:z为自聚焦透镜的长度。因为A是波长的函数,所以厂也是波长的函数,在给定的波长条件下如果z过长,则焦点在透镜的端面内;反之,z过短,则焦点在透镜端面外。因此,透镜长度的误差必然会影响光耦合的效果,这是造成准直器损耗的主要原因之一。

光纤和自聚焦透镜之间的耦合原理同普通透镜的耦合原理相似,所以用自聚焦透镜的长度为彳=p/4,式中,p为自聚焦透镜的节距。因为自聚焦透镜的1/4节距p是在近轴近似的条件下,子午光线遵循正弦路径传播而确定的。同时,GRIN的折射率分布在离轴心0. 8mm半径处有一拐点。所以由公式z=p/4算出的z值不够精确,带来了耦合时的损耗;另外,GRIN酌像差也会使光束的耦合效率下降,增加了器件的损耗。

指纹门禁中的指纹传感器光路的光纤准直器的用途是对光纤中传输的光束进行准直,自聚焦透镜用于准直系统时,具有减小准直透镜与光纤之间的耦合损耗,增大耦合距离等优点。两个光纤准直器进行耦合可以提高光纤与光纤间的耦合效率。当利用两个光纤准直器进行光耦合时,由于装配误差的存在将会引起附加耦合损耗,对附加耦合损耗的分析,可参考图2. 12。图中两自聚焦透镜长Z= p/4,间隔为。

有研究者认为光纤的端面处为高斯光束的束腰,也有研究者认为光纤的端面处不能作为高斯光束的束腰,本人认为由于光纤(即便是单模光纤)具有一定的数值孔径,因此不能将光纤的端面处当做束腰看待。假设单模光纤的纤芯半径为r。,发散角为p。