ZEMAX进行激光光线耦合设计分析（您的分享就是我们坚持的...

ZEMAX光纤耦合设计分析

光纤全称为光导纤维，材料主要是玻璃或者塑料，其传输原理为光的全反射。至于光从折射率高进入折射率低，临界角，Blablaba……如何才能发生全反射，大家可以自行脑补物理光学。

另外，诺贝尔获奖者高锟老师，冠称“光纤之父”，站在巨人肩膀，首先膜拜与缅怀一下。

光纤发展很快，其分类也有很多方法，这里我们只分单模和多模光纤。分类方法可以从下图直接捕获，其实就是纤径的粗线，传输模式。单模光纤的纤径在10um左右，只传输一个模式的光，而多模光纤的纤径在50um左右或者更大达到100um，可传输多个模式的光，多达几百个。另外，还有一些其余的差别，不细细讨论，大家可以自行百科一下。

光纤只是一个器件，我们主要是用其来传输信号，传播光束，接下来就是我们这个帖子的重点了，主要是阐述zemax中多模光纤的耦合。

这里的光线耦合效率设计分析采用的光纤的纤径为100um，NA为0.2，ZEMAX需要仿真的是，序列下如何实现光纤耦合效率分析，如何进行优化分析提高耦合效率。

通过光纤的NA可以反推透镜的F数，或者透镜F数小于计算值亦可，这里计算得到透镜F数为2.5，那么这里就采样理论值，设置，可以得到如图所示。

接下来我们需要控制，纤径大小，即像面尺寸100um，可以设置像面口径为浮动口径，并固定为100um即可。当然，从上图中可以看出系统的球差太大，以置于光斑弥散严重。另外，同一焦距与透镜曲率的关系可以得知，这种透镜形状并不是最佳的状态。如下图即为球差与透镜形状的函数图形，可以看出平凸透镜球差最小，自然上面模拟也是平凸透镜，但是前后颠倒了。   

因此对透镜进行简单优化，得到如下，光束质量明显优于前面。

此时利用几何像分析功能，设置相关参数后，得到如下图案，并显示效率为 25%左右。

接下来，我们继续加入操作数，采用正交下降法进行优化设计，可以进一步提高耦合效率，如下图所示，耦合效率达到了50%左右：

当然可以进一步引入二次曲面，毕竟现在也不是难于加工的，优化后优化效率高达96%以上，因为单透镜轴上单色像差只有球差，球差小了，自然耦合效率高了。

在不使用非球面的基础上，考虑光束在进入光纤时存在菲涅尔效应，也会导致耦合效率降低，设置像面材料，并且勾选极化仿真，得到耦合效率如下所示，由原来的50%左右降到46%，如下所示

另外，光纤均可在Thorlab光网进行购买，型号挺多的，当然此处不是做广告，如果有需要做广告的可以联系工作室，经过审核之后可以加入的！

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