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。我们提供对准波长在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。