VirtualLab Fusion | 光纤耦合装置的容差分析

​在光纤耦合系统的实际生产与装配过程中，元件位置偏差与角度倾斜不可避免，这些公差因素将直接影响耦合效率。

本文基于VirtualLab Fusion光之数字模型平台，针对一款设计优良的光纤耦合透镜，系统评估光纤端面位置偏移与耦合透镜倾斜对耦合效率的影响，为系统容差设计提供量化依据。

1

设计目标

仿真采用波长780nm、直径500μm的基模高斯光束作为输入，耦合透镜直径为1mm，单模光纤模场直径为3μm。

理想系统的最佳耦合效率为99.2%。在此基础上，本案例设定三项研究任务：

• 研究光纤端面位置偏移时的耦合效率；
• 研究耦合透镜倾斜时的耦合效率；
• 综合考虑偏移与倾斜偏差的鲁棒性容差分析。

2

模型构建

在VirtualLab Fusion中，首先导入Zemax透镜组数据（Edmund 65254），配置光学系统中元件的位置与方向。

随后设置通用探测器与单模光纤耦合效率探测器，通过指定光纤数值孔径（NA=0.002）与模场直径（3μm），计算入射场与光纤本征模的归一化重叠积分，获得耦合效率。

3

结果评估

通过参数扫描，可获得耦合效率随光纤端面纵向偏移与横向偏移的变化曲线，以及耦合效率随耦合透镜倾角的变化曲线。综合容差分析结果可评估系统在实际工况下的鲁棒性，为装配精度与制造成本之间的权衡提供量化依据。

VirtualLab Fusion以场追迹技术为核心，提供参数化扫描工具与光纤耦合效率探测器，为光纤耦合系统的容差分析提供了完整的数值仿真方案。设计者可快速评估多种公差因素对系统性能的综合影响，在设计阶段预判装配敏感度。

关于讯技光电-深圳

深圳讯技光电科技有限公司是一家专业的光电产业研发、顾问服务公司，为广大客户提供VirtualLab Fusion、FRED、Macleod、GLAD、LASCAD、Optiwave等光学软件、散射光量测仪等硬件、光学整体解决方案以及各类技术咨询、课程培训与书籍资料。