由於梯度折射率透鏡具有端面準直、耦合和成像的特點，加上其圓柱形和緊湊的外形，可以更方便地應用於許多不同的微光學系統中。並且在集成光學領域，如微光學系統、醫用光學儀器、光學復印機、傳真機、掃描儀等設備上有著廣泛的應用。
梯度折射率透鏡是光通信無源器件中必不可少的基本元件。用於各種需要聚焦和準直功能的場合，用於光耦合器、準直器、光隔離器、光開關、激光器等。
1.1自聚焦透鏡的特性
光在空氣中傳播，遇到不同的介質時，由於介質的折射率不同，其傳播方向會發生變化。傳統的透鏡是控制透鏡表面的曲率，利用光程差使光線會聚到壹點。
自聚焦透鏡與普通透鏡的區別在於，自聚焦透鏡材料的折射率分布沿徑向逐漸減小，可以使沿軸向傳輸的光不斷折射，從而實現出射光平滑連續地會聚到壹點。？
自聚焦透鏡利用折射率梯度分布沿徑向逐漸減小的特性，其折射率變化用公式1表示。折射率分布曲線如圖3所示。
不...自聚焦透鏡的中心折射率
R ……………………………………
根號A…….............................................................................................................................................................................
1.2光在不同螺距自聚焦透鏡中的傳播軌跡；
1.3自聚焦鏡頭主要參數
螺距:在自聚焦鏡頭中，正弦波周期的長度稱為螺距。
鏡頭長度:自聚焦鏡頭兩端中心軸之間的距離。
折射率分布常數(根號a):自聚焦透鏡沿徑向的折射率分布常數。
數值孔徑(不適用):
n…………………………………………………………………………………
Am……… ……………………………………
1.4自聚焦鏡頭的應用原理
聚焦:根據自聚焦透鏡的光傳輸原理，對於節距為1/4的自聚焦透鏡，當壹束平行光從壹個端面輸入時，光通過自聚焦透鏡後會會聚在另壹個端面上。這種端面對焦功能是傳統曲面鏡頭無法實現的。如下圖5所示:
準直:準直是聚焦功能的可逆應用。根據自聚焦透鏡的光傳輸原理，對於節距為1/4的自聚焦透鏡，當會聚光從自聚焦透鏡的壹個端面輸入時，經過自聚焦透鏡後會轉換成平行光。如下圖6所示:
自聚焦透鏡是光纖通信無源器件中必不可少的基礎器件，用於各種需要聚焦和準直功能的場合，如準直器、耦合器、光隔離器、光開關、波分復用器等。比如圖7中的兩個自聚焦透鏡分別用於準直和聚焦，這樣我們就可以在兩個自聚焦透鏡之間增加各種光學器件，比如濾光片、偏振片、法拉第旋轉器等。以形成各種光學無源器件。
耦合聚焦:自聚焦透鏡可以通過端面聚焦，簡單的圓柱形狀使其廣泛應用於光能的連接和轉換。例如:光纖與光源、光纖與光電探測器、光纖與光纖之間的耦合等。
圖8示出L1為從光源或光纖到自動聚焦透鏡端面的距離，Z為自動聚焦透鏡的長度，L2為從自動聚焦透鏡端面到光纖的距離。為了使光源或光纖發出的光經自聚焦透鏡聚焦後有效地耦合進光纖，需要調整L1與L2之間的距離，以達到最佳的耦合效率。然而，在實際耦合過程中，耦合效率低於其理論值，因為耦合效率與器件的結構和用途直接相關。
單透鏡成像:自聚焦透鏡不僅具有壹般曲面透鏡的成像功能，還具有端面成像的特點。對於間距為P/2的自聚焦透鏡，其端面成像機理如圖9所示:
根據這壹成像原理，利用P/2的整數倍透鏡可以實現微型攝像系統中端到端的圖像接力傳輸。因此，具有低色差的自聚焦透鏡已被廣泛用作各種醫用內窺鏡和工業內窺鏡中的物鏡和中繼透鏡。
自聚焦透鏡陣列成像:用球面透鏡組合傳輸大圖像時，目的是獲得1∶1的圖像，但其* * *軛距壹般是4倍焦距。使用自聚焦透鏡陣列可以大大縮短軛距，使整個裝置的尺寸小型化；另壹方面，直線排列的自聚焦透鏡陣列的成像分辨率在整個直線上是相同的，而整個視場的傳遞函數值相對均勻，大大提高了成像質量，克服了普通球面透鏡在透鏡外圍成像的分辨率和清晰度低於中心的缺點，裝配工作復雜。因此，自聚焦透鏡陣列已成為復印機、傳真機、掃描儀等儀器設備的重要器件。