單通道匯聚光路應(yīng)該是光器件中最簡單、最基本的光路了，對(duì)于TOSA端，光傳輸路徑是激光器—透鏡—隔離器-光纖；對(duì)于ROSA端，光傳輸路徑是光纖-透鏡-探測器。本次分別以典型的單模TOSA/ROSA光路作為實(shí)例，給大家展現(xiàn)光路仿真的過程全貌。由于本次重在展現(xiàn)過程，所以對(duì)具體參數(shù)為什么這么設(shè)置，這些參數(shù)對(duì)光路有何影響暫不做過多解釋，看完全系列大家慢慢就會(huì)清楚了。

一：單模單通道TOSA光路：

1.1 打開ZEMAX軟件后，屏幕上出現(xiàn)透鏡編輯器以及菜單欄

第一步：先進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，主要是設(shè)置系統(tǒng)孔徑、工作波長

孔徑：Aperture Type下拉菜單中有很多選項(xiàng)，選擇孔徑類型為"Object Space NA" ，并設(shè)置"Aperture Value"值為所用LD透鏡的有效孔徑(本例為0.5)。孔徑大小對(duì)系統(tǒng)耦合效率有很大影響，其定量計(jì)算關(guān)系后面再講。

光源類型："Apodization Type"選為"Guassian"，"Apodization Factor"選為1，表明是高斯光束。這個(gè)地方如何選取影響的是光線展示效果和采樣，對(duì)光器件光路耦合效率結(jié)果基本無影響。

工作波長：設(shè)置為激光器的工作波長即可

第二步：編輯透鏡數(shù)據(jù)

在這個(gè)光路中，透鏡有2個(gè)面，隔離器有4個(gè)面，所以先插入6個(gè)面，把相應(yīng)的面型參數(shù)、折射率、厚度輸入透鏡編輯器中。LD,FIBER工作距離先隨便寫個(gè)靠譜的值，后面再優(yōu)化。

透鏡：本例中使用了Alps公司的FLGS4SE11A非球透鏡，其為5倍率LD-FIBER耦合透鏡，LD側(cè)有效孔徑0.5mm，1310nm有效焦距0.438mm。順便提下，這款非球透鏡是多片模壓然后切割成單個(gè)的，批量價(jià)格比傳統(tǒng)單個(gè)模壓的非球透鏡便宜很多。

隔離器：本例使用了常規(guī)自由空間偏振相關(guān)的隔離器，在建模中未體現(xiàn)其檢偏和旋光效應(yīng)，僅把它當(dāng)做了玻璃板放在光路中。后面幾期再講偏振建模。

透鏡編輯器如下：

初步光路Layout如下:

Layout與真實(shí)的光路還有一些差異，主要體現(xiàn)在真實(shí)光路中隔離器是傾斜放置的，然后光纖一般有6~8°的斜角。我們通過添加局部坐標(biāo)把這個(gè)加進(jìn)去。

新的透鏡編輯器如下：

第4和第9個(gè)面控制隔離器旋轉(zhuǎn)，隔離器旋轉(zhuǎn)后接收光纖的位置會(huì)位移，這個(gè)由第12個(gè)面在X方向追蹤主光線來補(bǔ)償，光纖的8°角和材料設(shè)置在第13個(gè)面中。第2和第5個(gè)面控制透鏡相對(duì)LD的位移，留給后面優(yōu)化和結(jié)果輸出時(shí)候用。

最終的光路Layout如下:

第三步：優(yōu)化

我們的目標(biāo)是要盡可能取得較大的耦合效率，ZEMAX中可以定義一個(gè)耦合效率函數(shù)，然后設(shè)置光路參數(shù)變量，通過光路參數(shù)的迭代優(yōu)化，使得耦合效率達(dá)到最大值。ZEMAX中耦合效率算法有FICL和POPD算法，一個(gè)通過幾何光線追蹤獲取高斯光場，一個(gè)通過菲涅爾衍射獲取高斯光場，最終的效率算法都是高斯光場的重疊積分算法。

設(shè)置優(yōu)化函數(shù)：我們選擇FICL作為優(yōu)化函數(shù)，具體設(shè)置界面在Merit Function Editoer中，如下，設(shè)置采樣數(shù)3(128x128采樣)，激光器和光纖的數(shù)值孔徑，設(shè)置耦合效率目標(biāo)值為1，即希望耦合效率100%，weight權(quán)重為1，其它參數(shù)可以暫不設(shè)置。界面如下;

定義變量：我們定義LD到透鏡的距離、透鏡到光纖的距離、以及光纖和LD的Y方向高度差、透鏡光軸和LD的高度差這四個(gè)量為變量(由于光纖有8°角，需要優(yōu)化光纖和LD的Y方向高度差、透鏡光軸和LD的高度差來補(bǔ)償角度偏移)，優(yōu)化結(jié)果如下：

光路Layout如下:

LD到光纖整體光路長度3.46mm左右，LD距離透鏡0.253mm；透鏡中心比LD高18um，光纖比LD高約100um，耦合效率75%左右

第四步：結(jié)果查看：

我們常常希望知道透鏡的耦合容差，透鏡在各個(gè)方向動(dòng)了微小距離，相應(yīng)的光路耦合效率變化多少，這個(gè)可以通過Analys→universal plot→universal plot 1D中，作透鏡位移——耦合效率的曲線得到。

透鏡編輯器中第二個(gè)面是控制透鏡位移l的，將第二個(gè)面的X方向作為自變量，耦合效率作為因變量，畫圖.設(shè)置如下:

結(jié)果如下，縱軸是耦合效率。當(dāng)然也可以增加操作數(shù)轉(zhuǎn)換為dB單位，也可以點(diǎn)擊text得到具體數(shù)據(jù)，自己去處理。

好了，本集到此結(jié)束，初學(xué)小白對(duì)上面細(xì)節(jié)不清楚沒關(guān)系，體會(huì)一下整個(gè)過程就行。后面會(huì)對(duì)細(xì)節(jié)做解釋。單模ROSA光路耦合效率算法和TOSA不一樣，典型的光路下期再說。