《表4 光纤连接器透镜结构参数》

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《基于ZEMAX的扩束型光纤连接器对准误差分析》

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通过上述对扩束型光纤连接器的光学设计和失调误差分析，并根据2018年国家重点研发计划“面向制造业的大功率半导体激光器”任务要求：设计一款12kW@600μm光纤连接器，其光学系统的弥散斑直径在5μm以下。所使用的发射光纤与接收光纤芯径均为600μm(NA=0.22），采用国标高功率光纤连接器（QBH）接口，半导体激光器中心波长为970nm。由于熔融石英的损伤阈值（15J/cm2）比BK7材料高1倍，并且石英的热膨胀系数较低（4.4×10-6 K-1），故选用熔融石英材料进行非球面镜自主研发设计。为了避免高功率的激光损伤镜片，计算了12kW的功率照射熔融石英的损伤阈值，并结合非球面镜的机械装配方式，确定了非球面镜机械直径为54mm，有效通光口径为48mm。在ZEMAX软件序列模式下对光纤连接器的光路进行模拟，设置系统光源参数并在序列模式下输入非球面镜基本参数，材料选为熔融石英（F＿SILICA）。将非球面镜的工作距离、二次曲面常数及非球面系数设置为变量并进行优化，优化后的参数如表4所示。像质评价点列如图16所示。从图16可以看到，光学系统的艾里斑半径为2.45μm，弥散斑半径为0.857μm，像质满足任务书的要求。