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本文額部利用ZEMAX軟件進(jìn)行多模光纖準(zhǔn)直器的設(shè)計。在ZEMAX開發(fā)環(huán)境下建立多模光纖準(zhǔn)直器光路系統(tǒng)的理論模型，通過人工優(yōu)化的方法，設(shè)計并制作了可調(diào)焦的多模光纖準(zhǔn)直器，仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相一致，證實(shí)了利用ZEMAX進(jìn)行多模光纖準(zhǔn)直器設(shè)計的可行性和準(zhǔn)確性。利用所建立的模型，分析了各種因素對光纖準(zhǔn)直器耦合效率和準(zhǔn)直度的影響。
ZEMAX是美國FocusSoftwareInc公司開發(fā)的光學(xué)設(shè)計和仿真分析軟件，具有強(qiáng)大的激光束傳輸仿真功能，并提供了序列和非序列兩種光線追跡模式。其中序列模式下可以使用物理光學(xué)傳播來定義高斯光束；非序列模式下有多種光源模型，包括高斯光束、半導(dǎo)體高斯光束、橢圓高斯光束等。光纖準(zhǔn)直器是一種光無源器件，其作用是將光纖中出射的發(fā)散光束準(zhǔn)直成平行光束，或者將平行光束匯聚進(jìn)入光纖中去，以提高光纖系統(tǒng)的耦合效率。光纖準(zhǔn)直器通常主要由準(zhǔn)直系統(tǒng)和光纖兩部分組成。光纖準(zhǔn)直器根據(jù)光纖的不同可以分為單模光纖準(zhǔn)直器和多模光纖準(zhǔn)直器。其中，多模光纖準(zhǔn)直器由于其耦合效率高而被廣泛應(yīng)用在傳能方面。
本文從實(shí)用的角度出發(fā)闡述ZEMAX在光無源器件2多模光纖準(zhǔn)直器設(shè)計中的應(yīng)用，通過建模來驗證ZEMAX在多模光纖準(zhǔn)直器設(shè)計中的可行性。
2建模
在ZEMAX軟件中，混合式非序列常常被用來仿真不易建立于序列性模式下的光學(xué)組件。從序列模式出發(fā)，在混合式非序列下對光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行仿真建模。在建模仿真之前，首先設(shè)計準(zhǔn)直系統(tǒng)，采用偶次非球面單透鏡作為準(zhǔn)直系統(tǒng)。在ZEMAX中，偶次非球面可以表示為
式中c為頂點(diǎn)處的基本曲率，r為垂直光軸方向的徑向坐標(biāo)，k為二次曲面常數(shù)，ai為非球面系數(shù)。其中k<-1為雙曲面，k=-1為拋物面，-1<k<0為橢圓，k=0為球面，k>1為扁圓。
在非球面透鏡的應(yīng)用中，平面(或凸面)2雙曲面透鏡可以將無限遠(yuǎn)目標(biāo)聚焦成無像差的光斑。利用這個特性，可以運(yùn)用平面(或凸面)2雙曲面透鏡對半導(dǎo)體激光器的快軸進(jìn)行準(zhǔn)直，如圖1所示。
圖1平面2雙曲面準(zhǔn)直器
