光纤准直器是光纤通信系统的基本光学器件，其作用是把光纤中发散的光束变成准直光，使其以非常小的损耗耦合到光纤中。许多无源器件都是在一对准直器之间插入光学元件制作而成的。常规的准直器结构为两件套式，即由光纤头和一个起准直作用的透镜组成，目前准直透镜主要有两种：自聚焦透镜和C透镜。随着通讯网络的不断发展，现在对支撑光通讯网络的媒质——各种器件提出了许多新的要求，对于光的偶合和准直方面也出现了一些更高的要求。比如目前很多应用都需要大工作距离、大光斑。特别对大容量的矩阵光开关来说，例如1024*1024MEMS，由于在传输过程中相互偶合的次数特别多、相互传输的距离特别长，有时会达到1000mm。常规的准直器工作距离达到1000mm时损耗会达到15dB左右，这对于光通讯来说是很难接受的。常规0.23p的自聚焦透镜准直器，其大工作距离仅70mm左右，理论上可将节长缩短来增加工作距离，如将节长缩短为0.05p，其大工作距离也仅约400mm，且此时透镜太短难以加工，插损等指标也较差。常规C透镜准直器的大工作距离约300mm左右，如果要达到大工作距离、大光斑的要求，如工作距离500mm、光斑0.5mm，理论上一个长度约9.7mm、曲率半径约4.2mm的C透镜可以满足此要求，但实际做出来的参数会很差，因为透镜较长不利于加工及准直器的装配；另外光束到达透镜球面时偏离中心的距离较大，偏离旁轴成像条件，使得出射光的椭圆度增加，从而插损和指向精度也增大；再者，采用长透镜温度性能也不稳定。若将光纤头和透镜间的距离拉得很长如3mm，理论上4.7mm长的C透镜也可以满足以上要求，但此时光在光纤头与透镜间的空气中会发散得很厉害，插损将很大，指向精度及光斑等指标也会很差。实际上根据经验，光纤头与透镜之间的距离通常仅为0.1~0.3mm。看来常规的自聚焦透镜或C透镜准直器都难以达到工作距离大于500mm这个要求，更别说1000mm了。三件套准直器的设计及优势本文从原理上介绍了一种新型的三件套式准直器，可以满足现在光无源、有源器件或系统对长工作距离、大光斑、高指向精度、低插损的准直器的要求。1、三件套准直器的结构：核心部分由一个光纤头、一个玻璃棒及一个C-lens构成，如下图。当然要终做成准直器，外面还需玻璃套管及金属套管进行封装。与常规两件套准直器比较，可知该三件套准直器只是在光纤头与C透镜间多了一个玻璃棒。2、三件套准直器的理论分析设三件套准直器中玻璃棒的长度、折射率分别为L1、n1（玻璃棒的折射率均匀分布，在光学性质上相当于一段长度为n1*L1的空气隙）；C透镜的长度、折射率、曲率半径分别为L2、n2、r2。结合高斯光束和几何光学的知识进行理论分析计算，并且做了一些简化，将 c-lens、玻璃棒均视为直角面，因为这不会影响出射光束的位置及大小。可得：
通常情况下，C透镜材料选取SF11（折射率为1.744742）；玻璃棒材料选取K2材料（折射率为1.485295），因为k2的材料质地硬，且在通光性方面具有很好的透射性。假设光纤头与玻璃棒、玻璃棒与透镜间的间隙均为0.15mm，玻璃棒的长度取4mm。根据前面的公式（2），当要求工作距离500mm、光斑0.5mm时，r2=4.23mm，L2=4.6mm。这样C透镜的长度就短多了，光束到达透镜球面时偏离轴心的距离也将小很多，所以插损、指向精度等指标比等价的两件套准直器好多了，能够达到使用要求。实验表明确实如此。相应于更大工作距离、更大光斑的要求，三件套准直器将更加适用、优势更加明显。