Zemax光学设计实例（75）---光纤耦合输出光束整形的设计（1）

导论：

光纤耦合是激光应用中常见的技术需求，光纤输出之后会针对各种实际应用设计光学系统，对光纤输出的光束整形，以满足工作距离和光斑形状的要求。

现在假设使用的耦合传输光纤的芯径是0.2mm，数值孔径NA=0.22，然后需要将波长1064nm的激光输出光束聚焦到约0.5mm，且工作距离约为70mm。

ZEMAX仿真：

（1）    光纤建模：

首先将LDE中OBJ午面的厚度设置为-5。

然后，在孔径类型中选择物方数值孔径Object Space NA，ApertureValue输入“0.2”，这是因为通常光纤输出光束的数值孔径会略小于光纤的数值孔径。

如下图：

在波长设定对话框中，输入1.064波长，如下图：

打开LDE，在OBJ后插入一个面，厚度设为5；然后再增加一个面Surface 2，Surf:Type选择为Non-Sequential Component，其属性Exit Loc Z输入为100.01（略大即可），此项是设定非序列元件的出端位置，这个值一定要比非序列元件的尺寸大。如下图：

然后，打开Non-SequentialComponent Editor（非序列元件编辑器），选择Object Type为CylinderVolume（圆柱形波导），Material输入F_SILICA，前端半径Front R输入0.1，长度Z Length输入100，后端半径Back R输入0.1，如下图：

然后查看下3DLayout，如下图：

从上面两张图可以看出，光束已经进入石英光波导内进行传输了。

（2）   输出光斑整形：

我们使用两个直径为12.7mm的两个近红外消色差胶合透镜对输出光束进行整形，它们的焦距分别为30mm和75mm，将参数输入LDE中，如下图：

打开MFE，选择“Tools-Default Merit Function”，在评价函数设置对话框中，选择默认的评价函数构成为“RMS+Wavefront+Centroid”。“Rings”选项为“3”， “Arms”选项为“6”。

将像面位置设为变量，如下图：

点击OPT开始优化，自动找到最小光斑位置，此时距离是68.56mm，基本符合设计要求。

打开点列图，分析最小光斑尺寸，如下图：

此时，光斑几何尺寸为224.448，也基本符合需求。

最后，再查看下3D Layout，如下图：