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光纤耦合数值孔径匹配与透镜选型

📚 共计 30 章节
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第1章
数值孔径（NA）基础概念
NA的定义、物理意义、与光纤/透镜的关系，建立核心直觉。
NA定义光锥
第2章
NA的数学推导
从折射率与半角公式推导NA，理解光锥与集光能力。
半角折射率
第3章
NA与分辨率的关系
瑞利判据、阿贝衍射极限，NA如何决定系统极限分辨率。
瑞利判据衍射
第4章
NA与景深（DOF）的权衡
高NA带来的景深损失，公式推导与工程取舍。
景深权衡
第5章
光纤中的NA
阶跃光纤与渐变光纤的NA定义，数值孔径与耦合效率。
阶跃光纤渐变光纤
第6章
透镜的NA与F数（F/#）换算
F/# = 1/(2NA) 的推导与工程应用。
F数换算
第7章
NA匹配的核心原则
光源NA < 透镜NA < 光纤NA 的匹配链，能量传输最大化。
匹配链能量传输
第8章
光源与透镜的NA匹配
LED、激光二极管与透镜的耦合设计，效率损失分析。
LED激光二极管
第9章
透镜与光纤的NA匹配
单模光纤与多模光纤的耦合，模场直径与NA的换算。
单模模场直径
第10章
NA失配的后果
能量损失、像差引入、系统效率下降的定量分析。
失配效率
第11章
单透镜方案
平凸透镜、双凸透镜的NA匹配设计，适用场景与限制。
平凸双凸
第12章
双透镜方案
准直与聚焦系统，扩束器与缩束器的NA匹配设计。
扩束器缩束器
第13章
非球面透镜方案
非球面在NA匹配中的优势，消除球差，提高耦合效率。
非球面球差
第14章
GRIN透镜方案
自聚焦透镜的NA特性，在光纤耦合中的应用。
GRIN自聚焦
第15章
柱面透镜方案
一维NA匹配，用于激光二极管快慢轴整形。
柱面快慢轴
第16章
透镜组与光阑设计
孔径光阑位置对NA的影响，远心光路设计。
光阑远心
第17章
NA匹配中的像差控制
球差、彗差、色差对NA匹配的影响及矫正。
像差矫正
第18章
Zemax/OpticStudio仿真入门
设置NA作为优化目标，评价函数编写。
Zemax优化
第19章
Zemax仿真：单模光纤到激光二极管
NA匹配优化案例，耦合效率分析。
单模光纤激光二极管
第20章
Zemax仿真：多模光纤到LED
NA匹配与效率分析，多模耦合设计。
多模光纤LED
第21章
实际测量NA的方法
刀口法、光斑法、光纤远场法，实验操作要点。
刀口法远场法
第22章
NA匹配中的公差分析
透镜位置、倾斜、间隔误差对NA匹配的影响。
公差灵敏度
第23章
高NA系统的挑战
油浸物镜、固体浸没透镜（SIL）的原理与应用。
油浸SIL
第24章
低NA系统的设计
长景深系统、激光雷达（LiDAR）中的NA选择。
LiDAR长景深
第25章
NA匹配在显微成像中的应用
物镜NA选择、照明NA匹配（柯勒照明）。
显微柯勒照明
第26章
NA匹配在光通信中的应用
WDM系统、光纤连接器中的NA控制。
WDM连接器
第27章
NA匹配在激光加工中的应用
聚焦光斑大小与NA的关系，切割/焊接参数。
激光加工光斑
第28章
NA匹配在生物光子学中的应用
双光子显微镜、光镊中的NA设计。
双光子光镊
第29章
多波长/宽光谱的NA匹配
色差对NA的影响，消色差透镜组设计。
色差消色差
第30章
综合设计实战
设计从激光器到单模光纤的NA匹配耦合系统，输出完整方案。
实战系统设计