如何在Zemax下模拟单模光纤的光束耦合

实际上，由于球差的存在，光线计算的结果是在第二个透镜上的光束口径要小于在第一个透镜上的光束口径。对于这种近似准直光束远距离传输的问题，POP的算法要比光线光学的方法准确。

并且，POP可以队耦合器进行严格的优化。将我们已经优化过的光纤到透镜的距离设置为固定，然后将20mm的透镜间隔设置为变量，经过几个优化循环之后，便会得到2.072mm的最优化透镜间隔。在实验中采用的2mm数值，其结果和它之间的差别是微乎其微的。使用Universal Plot，我们可以看到透镜间隔对光纤耦合效率的影响。

类似地，当光束在两个光纤之间传输的过程中，改变透镜的间隔也会改变光束的M2 因子。

考虑表面属性和体吸收因素

前面的计算都忽略了介质表面的泛着和光学材料的体吸收，这两种效应Zemax都可以很好的模拟。在POP和单模光纤耦合计算（Single Mode Fiber Calculations）两种模式中，都可以通过在设置窗口中打开偏振计算（Polarization calculation）选项，来让Zemax将介质表面传输效应和体吸收考虑进去。

再次打开after POP.zmx文件，在单模光纤耦合计算和POP计算的设置窗口中勾选上“Use Polarization“。然后打开General>Polarization选项卡，定义入射光束为y线偏振态：

结果POP中的光纤耦合计算和FICL的计算结果降低到了86%。要注意的是，降低仅发生在System efficiency（能量传输），而不是模式耦合：偏振效应作为角度的函数，对模式形式的改变显得非常缓慢，尽管在一些跟严格的系统中，我们会发现它引起的模式变化。

打开Tools>Coatings>Add Coatings to All Surfaces，给每个玻璃表面增加一层单层MgF2增透膜：

有了这层薄膜，我们可以发现耦合效率的增加：

总结和参考资料

Zemax拥有全面的光纤耦合模拟能力：

最简单的方法：旁轴高斯光束计算方法，用来获得系统的性能的初步了解，得到系统的初级参数（First-order）； 基于光线光学的光纤耦合计算方法可以用来处理高斯形的光线模式，并且衍射效应可以忽略的情形；

物理光学传输的计算方法提供了光纤耦合建模的一个全面的解决方法，它允许具有任何复杂的模式的源光纤和接收光纤，同时也完全考虑到了衍射效应；

光学薄膜的特性和材料体吸收的效应也能够考虑进去；

简单易用的优化操作数FICL和POPD可以用来优化相关系统； 同样，用这些优化操作数也可以实现公差分析。