單通道匯聚光路應該是光器件中最簡單、最基本的光路了，對于TOSA端，光傳輸路徑是激光器—透鏡—隔離器-光纖；對于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光路作為實例，給大家展現光路仿真的過程全貌。由于本次重在展現過程，所以對具體參數為什么這么設置，這些參數對光路有何影響暫不做過多解釋，看完全系列大家慢慢就會清楚了。

一：單模單通道TOSA光路：

1.1 打開ZEMAX軟件后，屏幕上出現透鏡編輯器以及菜單欄

第一步：先進行系統設置，主要是設置系統孔徑、工作波長

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

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

工作波長：設置為激光器的工作波長即可

第二步：編輯透鏡數據

在這個光路中，透鏡有2個面，隔離器有4個面，所以先插入6個面，把相應的面型參數、折射率、厚度輸入透鏡編輯器中。LD,FIBER工作距離先隨便寫個靠譜的值，后面再優化。

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的，批量價格比傳統單個模壓的非球透鏡便宜很多。

隔離器：本例使用了常規自由空間偏振相關的隔離器，在建模中未體現其檢偏和旋光效應，僅把它當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與真實的光路還有一些差異，主要體現在真實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把這個加進去。

新的透鏡編輯器如下：

第4和第9個面控制隔離器旋轉，隔離器旋轉后接收光纖的位置會位移，這個由第12個面在X方向追蹤主光線來補償，光纖的8°角和材料設置在第13個面中。第2和第5個面控制透鏡相對LD的位移，留給后面優化和結果輸出時候用。

最終的光路Layout如下:

第三步：優化

我們的目標是要盡可能取得較大的耦合效率，ZEMAX中可以定義一個耦合效率函數，然后設置光路參數變量，通過光路參數的迭代優化，使得耦合效率達到最大值。ZEMAX中耦合效率算法有FICL和POPD算法，一個通過幾何光線追蹤獲取高斯光場，一個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。

設置優化函數：我們選擇FICL作為優化函數，具體設置界面在Merit Function Editoer中，如下，設置采樣數3(128x128采樣)，激光器和光纖的數值孔徑，設置耦合效率目標值為1，即希望耦合效率100%，weight權重為1，其它參數可以暫不設置。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的高度差這四個量為變量(由于光纖有8°角，需要優化光纖和LD的Y方向高度差、透鏡光軸和LD的高度差來補償角度偏移)，優化結果如下：

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：結果查看：

我們常常希望知道透鏡的耦合容差，透鏡在各個方向動了微小距離，相應的光路耦合效率變化多少，這個可以通過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面是控制透鏡位移l的，將第二個面的X方向作為自變量，耦合效率作為因變量，畫圖.設置如下:

結果如下，縱軸是耦合效率。當然也可以增加操作數轉換為dB單位，也可以點擊text得到具體數據，自己去處理。

好了，本集到此結束，初學小白對上面細節不清楚沒關系，體會一下整個過程就行。后面會對細節做解釋。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。