Невозможно представить существование и развитие волоконно-оптических линий связи без использования градиентных линз (GRIN - GRadient INdex). Практически все оптические устройства (широкополосные и узкополосные оптические фильтры, изоляторы, циркуляторы, разветвители (сплиттеры) и т.д.) имеют в своём составе этот элемент.
Цилиндрическая конструкция GRIN линз, за счёт ровных торцевых поверхностей, позволяет эффективно и надёжно присоединять выводы оптического волокна к оптическим элементам приборов (диоды, оптические фильтры, решётки и т.п.), обеспечивая при этом низкие потери при прохождении оптического сигнала.
GRIN линза представляет из себя цилиндр из неоднородного диэлектрика с распределённым коэффициентом преломления, который имеет максимальное значение по оси цилиндра и непрерывно уменьшается от оси к периферии по поперечному направлению. Фокусирующая и трансформирующая способность GRIN линзы обусловлена квадратичным изменением индекса преломления в зависимости от радиального расстояния от оси.
В GRIN элементе лучи следуют синусоидальным траекториям, как будто они согнуты силой в сторону более высокого индекса коэффициента преломления.
Используя преимущества свойств градиентных линз, таких как осевое, радиальное или сферическое преломление, был разработан и изготовлен широкий спектр приборов для применения в науке, технике, медицине, телекоммуникациях и т.д. В волоконно-оптических линиях связи самым распространённым типом среди GRIN-линз являются радиально-градиентные.
GRIN линзы изготавливаются по различным технологиям:
- Нейтронное облучение – боросиликатное стекло подвергается бомбардировке нейтронами, что приводит к изменению концентрации бора, а, следовательно, и показателя преломления линзы.
- Химическое осаждение из паровой фазы - осаждение различного стекла с различными коэффициентами преломления на поверхность для получения градиентного изменения показателя преломления.
- Частичная полимеризация - органический состав частично полимеризуется ультрафиолетовым светом различной интенсивности для придания градиента преломления.
- Ионный обмен - стекло погружается в жидкий расплав с ионами лития. В результате диффузии ионы натрия в стекле частично обмениваются с ионами лития, при этом на краю происходит больший обмен. Таким образом, образец получает градиентную структуру материала и соответствующий градиент показателя преломления.
- Ионное насыщение - фазовое расслоение определенного стекла приводит к образованию пор, которые впоследствии могут быть заполнены различными солями или концентрацией солей для придания различного градиента.
- Лазерная обработка – диэлектрическая структура материала линзы обрабатывается при помощи лазера, при этом варьируется доза облучения (скорость обработки, мощность лазера и т.д.). Это приводит к преобразованию гомогенной (однородной) структуры в полимер, что приводит к различному показателю преломления света в материале линзы. Такой метод применим к микрооптическим элементам свободной формы и многокомпонентной оптике.
Без применения градиентных (GRIN) линз невозможно представить такое широкое распространение оптических технологий вообще и в телекоммуникациях в частности (технологии оптического уплотнения WDM, DWDM, CWDM, PON и т.д.). Они позволяют изготавливать и использовать компактные пассивные компоненты ВОЛС с низкими потерями, оптические фильтры, усилители на базе EDFA, оптические переключатели, высокоскоростные трансиверы, измерительные приборы, технику для сращивания оптического волокна и т.д.