Zemax激光系统设计与仿真——方法总结 #Zemax

Zemax激光高斯光束仿真几种模式。

光谱时代(北京)科技有限公司。

总结一下。

·第一、gps里面能够处理gosh光数位，一个是序列模式，这个就是通过确定因子。这个主要是几颗光线的近似，只是处理空间上的光线分布，符合高斯能量分布，但是没有一些像日历距离等等的或束腰的概念，所以这是一个近似。但是有用，更有用就是可以处理一些大大的衍射系统，就是近四百种方法。

·第二、高速光束的分析工具，就是近轴的高速光束的分析工具，还有倾斜高速光束的分析。这两个小工具本质上是高速的光束变化，这个是计算器，只考虑透镜、曲率，没考虑相差的影响。

·第三、物理光线床pop，是严格的演示报警上，可能就是对它是个小的相传系统，对于光束灯演示特性可能比较关注，肯定得用物理关系传播来研究。

·第四、非训练模式，本质上也是几何光线近似，也是处理一些大的相传系统，运用这个模式。

·第五、单模光纤、多模光纤耦合，弹幕光线就强调一层模式匹配，不能用几个光线来处理了，可能本质上也是小的一些生产系统，所以这里面可能用演示上面可能会更准一些。光线里面大型传系统就是用纯的激光线就足够了，所以证明有些区别。

今天讲内容可能着实就用在这个方面，着实给大家做一个简要的概括性的总结，关于这里面的工具怎么样来选。

ZEMAX模拟仿真0° G-Lens准直器

光纤耦合是激光应用中常见的技术，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。

设计模拟光纤的非序列元件

此次使用的传输光纤是Corning公司的Corning 28e+光纤，性能特征如图1-1(特征参数为典型值)：

图1-1 Corning SMF-28e+光纤

主要使用参数为纤芯直径，数值孔径，以及有效群折射率（1310nm）。

根据光纤这三个参数，建立ZEMAX，首先孔径类型选择物方空间 NA，孔径值为0.14，如图1-2

图1-2 基本设置-设置孔径

其次，选择波长，1.31um，如图1-3。

图1-3 选择波长

打开LDE透镜数据编辑器，OBJ物面厚度设置为-1，插入表面1，厚度设为1，再插入表面2，面2类型更改为非序列组件，出口Z列中输入5.01，此项是设定非序列元件的出端位置，要大于非序列元件尺寸，因为非序列尺寸长度要设为5，此值只要大于非序列元件尺寸即可，如图1-4；

图1-4 透镜数据编辑器-模拟光纤

在编辑器中选择非序列元件，物体类型选择圆柱体，材料选择F_SILICA（熔融石英），Z长度为5，前后端半径均为0.0041，保存如图1-5。

图1-5 设置非序列元件参数

此时打开3D结构图已经可以得到模拟好的光纤传输了，如图1-6，放大显示区域，如图1-7，可以看到光束都在光纤内部传输了，就可以模拟光纤输出光束的效果了。

图1-6 模拟光纤3D结构图

图1-7 3D结构放大图-光纤入端

添加G-Lens数据完成准直器仿真

G-Lens规格可参照THORLABS产品目录中GRIN2913 - GRIN透镜，规格如下：

GRIN2913 - GRIN透镜，Ø1.8 mm，0.29节距，0°，1300 nm设计波长，增透膜：1250 - 1650 nm，ZEMAX数据以及3D结构图见图2-1，图2-2。

图2-1 0.29P G-Lens参数

图2-2 0.29P G-Lens 3D结构图

在这里，定义节距为P，透镜长度为Z,即Z=0.29 P=5.57，因此次仿真忽略光纤与G-Lens之间空气间隙，所以取Z’=0.25 P=4.80；将得到的数据输入到LED编辑器列表中，如图2-3，即可得到理想状态下的G-Lens准直器，重新打开3D结构图，准直器光路结构如图2-4。

图2-3 透镜数据编辑器-加入0.25P G-Lens

图2-4 G-Lens准直器3D结构图

飞宇小结

尾纤型渐变折射率(GRIN)透镜光纤准直器，具有Ø1.8mm的通光孔径，并耦合有标准单模光纤。此次使用ZEMAX仅是简单介绍理想状态下的G-Lens准直器的工作原理，使用的是常规0°面向角的G-Lens。此外，还有8°面向角。8°的版本以偏离法线的方向反射入射光，使回波损耗最大化，推荐用于制作准直器。而0°的版本则更好对准，但仅推荐用于一般的光纤对光纤耦合。

它们一般成对使用，在两个透镜之间耦合自由空间光束，不过也能单独使用。飞宇提供对准波长在850nm、980nm、1064nm、1310nm或1550nm的型号，可以选择裸纤末端、FC/PC接头或FC/APC接头。当使用GRIN准直器将自由空间光耦合到光纤中时，需要精确对准才能获得高耦合效率。我们建议使用可调俯仰和偏转的光学调节架搭配XYZ可调平台，或者使用6轴调整架搭配透镜套管转接件。