迟到399 发表于 2023-4-3 15:05:02

基于zemax物理光学POP的光纤耦合仿真

本文简介：
进行光纤耦合实验之前，进行仿真验证与探究耦合效率和角度及偏移量的关系。本文先做仿真分析，后续更新实验进展。
所用光纤为9/125单模光纤，纤芯直径9um，数值孔径0.14；
所用准直镜为thorlab，F220FC-1550；直接可以导入thorlab的zmx文件，基于此进行仿真。


参考链接：
如果Zemax的POP搞不懂，那么来看看这篇 - 知乎 (zhihu.com)
设计与检测 |Zemax 基本操作28 物理光学传播 (qq.com)
一、建立zemax光学结构

1、导入thorlab准直镜的zmx文件

F220FC-1550 光纤准直器，1550 nm，f = 11.29 mm，NA=0.24，FC/PC接头 (thorlabs.com)



Thorlab官网准直器产品界面提供zmx文件

2、将准直器zmx文件在zemax打开

由于单扩束器扩束器默认是一个无焦系统，在孔径选项卡将无焦选项取消掉
确认视场和波长符合设计需要


3、建立共轭耦合结构

可以多选整个准直镜1~4表面，然后“反向组件”，将准直镜整个颠倒，同时将像面移到准直镜后焦面，即可得到共轭的准直透镜对。


4、插入“坐标断点层”，以进行位置偏心（Cecenter）和角度偏转（Tilt）的研究
对接收准直镜的前表面插入“坐标断点层”，从而对整个接收端的准直镜+耦合光纤进行整体的偏移
可以选择直接插入一个层，然后选择面型为坐标断点层，这样对其后的全部表面进行空间位置调节



对第四表面，即接收准直镜的前表面插入坐标断点

也可以使用插入偏移组件，但是这是生成一对互异的坐标断点层，从而只对选中的表面组进行单独的空间位置调节




5、偏心和偏角的测试
点选坐标断点层，滑条往后拖，会看到“Cecenter”和“Tilt”的选项，调整数值即可



选择X轴偏角5度，结构对应发生变化

二、单模光纤耦合效率仿真

zemax中单模光纤耦合效率仿真依赖的分析工具，我了解的有两个，即“物理光学”和“光纤耦合”


1、“光纤耦合”-“单模光纤耦合”

取消默认无焦系统之后，即可打开单模光纤耦合选项





修改源光纤和接收光纤的数值孔径，选择合适的采样率

即可得到耦合效率的结果



耦合效率=系统效率*接收效率

2、“物理光学” -“光纤耦合”

打开“物理光学”选项卡，打开“设置”选项卡，打开“光纤数据”选项卡，勾选“计算光纤耦合积分”，即可计算光纤耦合效率的仿真。


进一步修改仿真设置，计算更准确的仿真结果



仿真的常规设置

“常规设置”：
选择光纤耦合仿真的起始面，应该是两个共轭准直镜的焦面
波长视场确认
surface to beam：起始面到光束的距离，由于这里光纤出射面就是准直镜前焦面，因此是0
我的实验中光束和光路都是中心对称的，因此不区分XY



发射光束定义

“光束定义”:
光束类型：高斯光束；
X-Y采样率：适当提高，精度更准确
归一化方法可以采用，总功率为1还是峰值为1
然后设置XY方向束腰半径
Automatic：设置完成后，自动计算采样范围


“光纤数据”：
1、设置XY束腰半径
2、光纤位置设置为曲面顶点

设置完成后，点击应用即可得到仿真结果


Note：进一步想通过ZOS-API来做自动仿真和数据获取，但是经过查询得知，20版才添加这个模块。
Physical Optics Propagation was added to the API in the OS 20.3 release. You may find it in the Release Notes: OpticStudio20-3_ReleaseNotes.pdf (zemax.com)
Regarding how to run this specific analysis and how to adjust the POP settings from the API, this forum thread discusses this question in detail: Physical Optics Propagation (POP) - API settings · MyZemax
                                 --Physical Optics Propagation and Matlab ZOS-API | Zemax Community

gnmpmnuy35327 发表于 2023-4-3 15:05:08

不同芯径和N.A.光纤之间耦合，选取合适的c-len，这该怎样模拟呢

wx_ttlxxG6rrO9z 发表于 2023-4-3 15:05:16

把这个仿真里的c-lens和光纤芯径根据你的实际情况设置就可以了

度素告 发表于 2023-4-3 15:05:59

你想问的是如何选取合适的c-lens，还是已经选取好了，想知道如何仿真？

hecgdge4 发表于 2023-4-3 15:06:15

如何选取合适的c-lens，可以参考光纤耦合计算公式，thorlab官网准直镜页面，有个“计算”选项卡，可以参考。

哪吒2017 发表于 2023-4-3 15:06:49

选取合适的c-lens

随遇而安428 发表于 2023-4-3 15:07:16

您好 有些问题想请教您一下 您看您有空嘛～

计划你大爷计j 发表于 2023-4-3 15:07:56

你好，没找到这个页面，能详细点吗谢谢

章牛险 发表于 2023-4-3 15:08:30

楼主，反转后不是只是单个透镜反转吗，怎么实现双透镜组呢[发呆]

默默MYQ 发表于 2023-4-3 15:08:35

复制1-3再反转吧
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