如何计算多模光纤准直透镜焦距

Light_Tracking

请问将直径100微米，NA为0.22的多模光纤出射光准直为直径为4mm的光，是要如何设计准直透镜的焦距。这里的多模光纤里面的出射光，是激光器耦合进去的后的出射光

我想到两种方法，不确定哪种方法更合理一点
1、根据几何光学计算，根据NA的大小，计算多模光纤出射光的发散半角大约是theta=arcsin(NA)=12.71度，假如准直后的光束直径是4mm，计算出准直透镜焦距是f=D/2/tan(theta)=8.9mm
2、根据波动光学计算，采用单模光纤的准直公式计算，如下，这里的d是准直后的光束直径，MFD是光纤的模场直径

但需要知道MFD的大小，我查了一下（https://zhuanlan.zhihu.com/p/520192744），单模光纤的模场直径比纤芯直径大15%左右，但不太清楚多模光纤的模场直径如何计算，这是个问题。


请问以上两种方法，哪种更合理一些，或者有没有其他方法，谢谢！

Almostar

多模光纤有高阶模，不是单模传输，不能用单模MFD和纤芯的关系来参考，私以为第一种更接近实际一点

Laoshiwangmima

Almostar 发表于 2025-5-23 09:59
多模光纤有高阶模，不是单模传输，不能用单模MFD和纤芯的关系来参考，私以为第一种更接近实际一点 ...

如果用第一种的话，需要再把M2因子考虑进去吗？

Almostar

Laoshiwangmima 发表于 2025-5-28 09:09
如果用第一种的话，需要再把M2因子考虑进去吗？

咋考虑？

Laoshiwangmima

Almostar 发表于 2025-5-30 13:58
咋考虑？

就比如说 在楼主提的指标基础上，光纤的M2因子是5，分析最后的光斑大小时，怎么把m2因子对光斑大小的影响给考虑上呢？软件怎么设置相关参数

sarah20140208

多模光纤因为有高阶模，经过透镜出来的光，光斑就不会稳定，动下光纤什么的，光斑大小就变化不小。 要结合整个系统去优化，比如耦合效率或者其他指标

Almostar

Laoshiwangmima 发表于 2025-5-30 14:54
就比如说 在楼主提的指标基础上，光纤的M2因子是5，分析最后的光斑大小时，怎么把m2因子对光斑大小的影响 ...

NA应该就是真实的发散角，不需要再乘以系数了。不过需要注意NA是基于多少比例的能量定义的，比方说99%能量，还是1/e^2，或者别1/2

Eternal11

当作一个扩展光源，在zemax里视场设置物高为0.05mm，孔径设置为NA0.22，用REAY和RAID操作数去优化计算透镜焦距更准确一些