用 OAS 光学软件做光纤耦合效率容差分析

1/引言

本文以单透镜光路为研究对象，分析透镜装配偏差对光纤入光能量接收量与耦合效率的影响，基于 OAS 光学软件完成容差仿真评估。

2/参数设置

• 系统参数

- 波长550nm

- 光源发散角2.86°

- 光纤模场直径10um

- 光纤NA0.15

3/系统建模

光路装配与光路搭建过程中，透镜易发生偏轴偏移，无法精准对齐系统主光轴，进而引入光路误差、影响耦合性能。

（光路图）

4/理想的无偏差系统

在OAS光学软件中配置接收光纤各项参数后，软件可求解光束光纤耦合效率，仿真结果显示，耦合效率约为89.31%。

（强度分布及其切面图）

5/移动耦合透镜

首先看透镜位置对光纤接受能量和耦合效率的影响，OAS能够扫描位置和角度参数得出不同情况下的光纤接受能量。

首先分析透镜位置偏差对光纤接收能量、光束耦合效率的影响，使用OAS软件扫描透镜位置、角度参数，即可获取不同情况下的光纤接收能量数据。

以透镜沿系统光轴正向平移0.1mm工况为例，该位移量幅度较小，但光纤耦合效率已变为88.29%。

（移动后的光路图）

（移动后辐照度分布及其切面图）

（位置变化对耦合效率的影响）

• 位置的参数扫描结果

对角度和位置分别进行参数扫描，可以得到如下的结果。

6/旋转耦合透镜

进一步开展透镜位置与角度的联合分析。

仿真结果表明，当透镜同时产生沿光轴0.1mm平移偏差、0.1°旋转角度偏差时，虽然角度微小，但光纤耦合效率下降至6.88%。

（旋转后的光路图）

（旋转后辐照度分布及其切面图）

（角度变化对耦合效率的影响）

• 角度的参数扫描结果

7/结论

对于高精度光纤耦合系统，光路元器件的微小失调偏差，便会引发传输耦合效率大幅衰减。

基于OAS光学软件的自动扫描仿真功能，可精准模拟光路装配过程中的位置偏差、角度偏差，并量化分析各项误差对光纤耦合性能的影响。