多模光纤准直器ZEMAX设计建模

　　由于单件非球面透镜的加工成本非常昂贵，直接采用了Thorlabs公司的C230TME2B型非球面准直透镜(数值孔径为0.55，焦距为4.51)进行建模仿真。在序列模式下，输入透镜参数，中心波长选择980nm，优化函数选择RMS+Wavefront，对透镜工作距离进行优化，优化后的参数如表1所示。由图2可以得出准直度为0.158mrad。

　　图2准直透镜的点列图

　　在准直系统确定之后，在表1中"STO"面前插入非序列组件(NSC)，并在出口端口位置(ExitLocZ)处设置端口位置大于光纤长度(否则ZEMAX程序将会出现错误信息)。在非序列组件编辑器(NSCE)中对芯径为100μm，数值孔径为0.37的多模石英光纤进行仿真建模，结构参数如表2所示。

　　表1非球面准直透镜的结构参数

表2多模光纤结构参数

　　　　为了优化方便，在光纤与准直透镜之间加入一个标准面。在点列图的监控下，改变该标准面的厚度对光纤准直器的工作距离进行人工优化。达到最佳准直时，准直度为6.256mrad，点列图如图3所示。由于多模光纤的芯径较粗(d>50μm)，因此可以用几何光学计算模型来做近似分析。虽然这种分析没有波动理论那么严密，但却能够非常准确地提供描述连接损耗及各种影响因素的有用信息。在ZEMAX软件中，几何像分析(GIA)工具可以计算光学系统和多模光纤的耦合效率。计算出考虑菲涅尔衍射时的系统耦合效率，如图4所示，光纤准直器系统的耦合效率为83.818%。

　　图3多模光纤准直器的点列图

　　图4多模光纤准直器的耦合效率