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ZEMAX单透镜设计例子详细(多图)ZEMAX单透镜设计例子，单透镜是最简单的透镜系统了，这个例子基本是很多ZEMAX教程开头都会讲的。
1-1 单透镜这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range)，并且进行优化。
你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。
这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。
首先在运行系统中开启ZEMAX，默认的xx视窗为透镜资料xx器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键入大多数的透镜参数，这些设罝的参数包括：表面类型(Surf：Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等曲率半径(Radius of Curvature)表面厚度(Thickness)：与下一个表面之间的距离材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等：与下一个表面之间的材料表面半高(Semi-Diameter)：决定透镜表面的尺寸大小上面几项是较常使用的参数，而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。
1-2 设罝系统孔径首先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里。
点击「GEN」或透过菜单的System->General来开启General的对话框。
点击孔径标签(Aperture Tab)。
因为我们要建立一个焦距100 mm、F/4的单透镜。
所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil)，因此设罝：Aperture Type：Entrance Pupil Diameter Aperture Value：25 mm点击单位标签(Units Tab)，并确认透镜单位为Millimeters。
ZEMAX葵花宝典1(入门篇)目录例子1 单透镜(Singlet) .............................................................. .............................................. 5 1.1 单透镜 ..................................................................... ....................................................... 5 1.2 设罝系统孔径 ..................................................................... ............................................ 5 1.3 设罝视场角 ..................................................................... ................................................ 7 1.4 设罝波长...................................................................... ................................................... 7 1.5 键入透镜资料 ..................................................................... ............................................ 8 1.6 设罝透镜参数 ..................................................................... ............................................ 9 1.7 评估系统性能 ..................................................................... ............................................ 9 1.8 使用解 ..................................................................... ..................................................... 10 1.9 设罝优化...................................................................... ................................................. 11 1.10 建立绩效函数 ..................................................................... ........................................ 12 1.11 增加限制条件 ..................................................................... ........................................ 13 1.12 运行优化 ..................................................................... ................................................ 13 1.13 光线扇形图 ..................................................................... ............................................ 14 1.14 二维设计图 ..................................................................... ............................................ 14 1.15 弥散斑 ..................................................................... ................................................... 15 1.16 光程差扇形图 ..................................................................... ........................................ 16 1.17 进一步分析 ..................................................................... ............................................ 17 例子2 座标变换(CoordinateBreaks) ................................................................ .................... 18 2.1 座标变换...................................................................... ................................................. 18 2.2 顺序旗标...................................................................... ................................................. 18 2.3 座标变换的应用 ........................................................................................................... 19 2.4 工具,转折面镜sahaja ................................................................. ............................... 19 2.5 例子,转折面镜 ..................................................................... ...................................... 20 2.6 新增转折面镜 ..................................................................... .......................................... 20 2.7 修正透镜资料编辑器...................................................................... .............................. 21 2.8 删除转折面镜 ..................................................................... .......................................... 22 2.9 倾斜与离轴 ..................................................................... .............................................. 23 2.10 工具,倾斜与离轴 ..................................................................... ................................ 23 2.11 例子,倾斜与离轴 ..................................................................... ................................ 24 2.12 处理倾斜与离轴 ..................................................................... .................................... 24 2.13 设罝倾斜与离轴 ..................................................................... .................................... 25 例子3 牛顿式望远镜 (Newtonian Telescope) ............................................................. .. (26)1 / 873.1 牛顿式望远镜 ..................................................................... .......................................... 26 3.2 孔径、单位、视场角及波长 ..................................................................... ................. 26 3.3 键入透镜资料 ..................................................................... .......................................... 27 3.4 评估系统性能 ..................................................................... .......................................... 28 3.5 定义抛物面 ..................................................................... .............................................. 29 3.6 抛物型反射罩 ..................................................................... .......................................... 29 3.7 点扩散函数 ..................................................................... .............................................. 30 3.8 挡板 ..................................................................... ......................................................... 30 3.9 增加转折面镜 ..................................................................... .......................................... 31 3.10 座标变换 ..................................................................... ................................................ 33 3.11 设罝挡板 ..................................................................... ................................................ 33 3.12 挡板效果 ..................................................................... ................................................ 34 例子4 消色差单透镜(AchromaticSinglet) ............................................................... ............. 36 4.1 消色差单透镜 ..................................................................... .......................................... 36 4.2 标准单透镜 ..................................................................... .............................................. 37 4.3 新增衍射表面 ..................................................................... .......................................... 38 4.4 设罝衍射参数 ..................................................................... .......................................... 39 4.5 评估系统性能 ..................................................................... .......................................... 40 4.6 相位属性分析 ..................................................................... .......................................... 41 例子5 变焦透镜 (Zoom Lens) .................................................................. .............................. 42 5.1 变焦透镜...................................................................... ................................................. 42 5.2 设罝系统参数 ..................................................................... .......................................... 42 5.3 初始透镜参数 ............................................................................................................... 43 5.4 设罝视场角 ..................................................................... .............................................. 44 5.5 设罝波长...................................................................... ................................................. 44 5.6 定义多组态透镜 ..................................................................... ...................................... 45 5.7 键入多组态参数 ..................................................................... ...................................... 46 5.8 设罝多组态变数 ..................................................................... ...................................... 46 5.9 建立多组态绩效函数...................................................................... .............................. 47 5.10 增加限制条件 ..................................................................... ........................................ 48 5.11 设罝透镜尺寸 ..................................................................... ........................................ 48 5.12 运行优化 ..................................................................... ................................................ 49 5.13 评估系统性能 ..................................................................... ........................................ 50 例子6 公差(Tolerancing) .......................................................... ............................................. 51 6.1 概论 .............................................................................................................................. 51 6.2 公差 ..................................................................... (52)2 / 876.3 误差来源...................................................................... ................................................. 52 6.4 设罝公差...................................................................... ................................................. 53 6.5 公差操作数 ..................................................................... .............................................. 53 6.6 双透镜的公差分析 ..................................................................... .................................. 54 6.7 制造与组装公差 ..................................................................... ...................................... 55 6.8 误差描述...................................................................... ................................................. 56 6.9 灵敏度分析 ..................................................................... .............................................. 57 6.10 初步公差分析 ..................................................................... ........................................ 57 6.11 公差分析结果 ..................................................................... ........................................ 58 6.12 统计分析 ..................................................................................................................... 58 6.13 反灵敏度分析 ..................................................................... ........................................ 59 6.14 个别分析视场角/组态 ..................................................................... ........................... 60 6.15 限制公差范围 ..................................................................... ........................................ 60 6.16 设罝限制条件 ..................................................................... ........................................ 61 6.17 修正公差范围 ..................................................................... ........................................ 61 6.18 蒙地卡罗分析 ..................................................................... ........................................ 62 6.19 蒙地卡罗统计 ..................................................................... ........................................ 62 6.20 进一步分析 ..................................................................... ............................................ 63 例子7 混合式非序列 (NSC withPorts) ................................................................. ................. 63 7.1 混合式非序列 ..................................................................... .......................................... 63 7.2 例子,混合式非序列...................................................................... .............................. 64 7.3 出口埠 ..................................................................... ..................................................... 67 7.4非序列组件 ..................................................................... ............................................... 68 7.5 对象属性...................................................................... ................................................. 68 7.6 非序列性透镜对象 ..................................................................... .................................. 69 7.7 复制对象...................................................................... ................................................. 70 7.8 定义多焦透镜 ..................................................................... .......................................... 70 7.9 表面折射...................................................................... ................................................. 70 7.10 空气透镜 ..................................................................... ................................................ 71 7.11 调整焦距参数 ..................................................................... ........................................ 72 7.12 多焦透镜 ..................................................................... ................................................ 72 7.13 运行优化 ..................................................................... ................................................ 73 7.14 带状优化 ..................................................................... ................................................ 74 7.15 目标局部 ..................................................................... ................................................ 76 7.16 光线目标 ..................................................................... ................................................ 77 7.17 系统性能 ..................................................................... ................................................ 78 7.18 运行影像分析性能之优化 ..................................................................... ..................... 78 7.19 设罝变数 ..................................................................... (79)3 / 877.20 最终设计 ..................................................................... ................................................ 80 例子8 物理光学传播(Physical OpticsPropagation) ........................................................... ... 81 8.1 物理光学传播 ..................................................................... .......................................... 81 8.2 定义光线...................................................................... ................................................. 83 8.3 设罝显示参数 ..................................................................... .......................................... 85 8.4 一阶局部...................................................................... ................................................. 85 8.5 其它局部...................................................................... ................................................. 86 8.6 辐射照度分布 ..................................................................... (86)4 / 87例子1 单透镜 (Singlet)1.1 单透镜这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range)，并且进行优化。
第二章 基础实例设计ZEMAX基础实例 ‐ 单透镜设计引言• 在成像光学系统设计中，主要指的是透镜系统设计，当然也有一些反射系统或棱镜系统。
• 在透镜系统设计中，最基础、最简单的便是单透镜设计。
但我们不要小看这样的单透镜系统，因为它也代表了一个光学系统设计的完整流程。
麻雀虽小，五脏俱全！• 本节中，我们通过手把手的操作，为大家展示使用 ZEMAX 进行成像光学设计的完整流程。
使初学者快速领略到ZEMAX光学设计的风采，在轻松的设计中感受到光学设计的乐趣。
• 通过单透镜设计，可以使大家学习到Z EMAX 序列编辑器建模方法，光束大小设置方法，视场设置方法，变量的设罝方法，评价函数设置方法，优化方法，像差分析方法和提髙像质的像差平衡方法等，单透镜系统参数设计任何一个镜头，我们都必须有特定的要求，比如焦距，相对口径，视场，波长，材料，分辨率，渐晕，MTF等等，根据系统的简易程度客户给的要求也各不相同。
由于单透镜最简单的系统，要求也就很少。
本例中我们设计单透镜规格参数如下：EPD = 20mmF/#=10FFOV= 10 degreeWavelength 0.587umMaterial BK7Best RMS Spot Radius首先我们需要把知道的镜头的系统参数输入软件中，系统参数包括三部分：光束孔径大小，视场类型及大小，波长。
在这个单透镜的规格参数中，入瞳直径(EPD)为20mm，全视场(FFOV)为10度，波长0.587微米，分别如下说明。
1、点击System » General或点快捷按扭Gen打开通用设置对话框：入瞳直径即到还有其它像空间F 数互转换。
物空间数值直接定义物随光阑尺寸用这种类型本例中，我2、点击打开即用来直接确它几种光束孔(Image Space 值孔径(Object 物点发光角度寸漂移(Float B 型来计算入瞳我们只需选择开视场对话框定进入系统光孔径定义类型e F/#)，用于t Space NA)，来约束进入系By Stop Size)，瞳的大小。
ZEMAX葵花宝典1(入门篇)目录例子1 单透镜(Singlet) .............................................................. .............................................. 5 1.1 单透镜 ..................................................................... ....................................................... 5 1.2 设罝系统孔径 ..................................................................... ............................................ 5 1.3 设罝视场角 ..................................................................... ................................................ 7 1.4 设罝波长...................................................................... ................................................... 7 1.5 键入透镜资料 ..................................................................... ............................................ 8 1.6 设罝透镜参数 ..................................................................... ............................................ 9 1.7 评估系统性能 ..................................................................... ............................................ 9 1.8 使用解 ..................................................................... ..................................................... 10 1.9 设罝优化...................................................................... ................................................. 11 1.10 建立绩效函数 ..................................................................... ........................................ 12 1.11 增加限制条件 ..................................................................... ........................................ 13 1.12 运行优化 ..................................................................... ................................................ 13 1.13 光线扇形图 ..................................................................... ............................................ 14 1.14 二维设计图 ..................................................................... ............................................ 14 1.15 弥散斑 ..................................................................... ................................................... 15 1.16 光程差扇形图 ..................................................................... ........................................ 16 1.17 进一步分析 ..................................................................... ............................................ 17 例子2 座标变换(CoordinateBreaks) ................................................................ .................... 18 2.1 座标变换...................................................................... ................................................. 18 2.2 顺序旗标...................................................................... ................................................. 18 2.3 座标变换的应用 ........................................................................................................... 19 2.4 工具,转折面镜sahaja ................................................................. ............................... 19 2.5 例子,转折面镜 ..................................................................... ...................................... 20 2.6 新增转折面镜 ..................................................................... .......................................... 20 2.7 修正透镜资料编辑器...................................................................... .............................. 21 2.8 删除转折面镜 ..................................................................... .......................................... 22 2.9 倾斜与离轴 ..................................................................... .............................................. 23 2.10 工具,倾斜与离轴 ..................................................................... ................................ 23 2.11 例子,倾斜与离轴 ..................................................................... ................................ 24 2.12 处理倾斜与离轴 ..................................................................... .................................... 24 2.13 设罝倾斜与离轴 ..................................................................... .................................... 25 例子3 牛顿式望远镜 (Newtonian Telescope) ............................................................. .. (26)1 / 873.1 牛顿式望远镜 ..................................................................... .......................................... 26 3.2 孔径、单位、视场角及波长 ..................................................................... ................. 26 3.3 键入透镜资料 ..................................................................... .......................................... 27 3.4 评估系统性能 ..................................................................... .......................................... 28 3.5 定义抛物面 ..................................................................... .............................................. 29 3.6 抛物型反射罩 ..................................................................... .......................................... 29 3.7 点扩散函数 ..................................................................... .............................................. 30 3.8 挡板 ..................................................................... ......................................................... 30 3.9 增加转折面镜 ..................................................................... .......................................... 31 3.10 座标变换 ..................................................................... ................................................ 33 3.11 设罝挡板 ..................................................................... ................................................ 33 3.12 挡板效果 ..................................................................... ................................................ 34 例子4 消色差单透镜(AchromaticSinglet) ............................................................... ............. 36 4.1 消色差单透镜 ..................................................................... .......................................... 36 4.2 标准单透镜 ..................................................................... .............................................. 37 4.3 新增衍射表面 ..................................................................... .......................................... 38 4.4 设罝衍射参数 ..................................................................... .......................................... 39 4.5 评估系统性能 ..................................................................... .......................................... 40 4.6 相位属性分析 ..................................................................... .......................................... 41 例子5 变焦透镜 (Zoom Lens) .................................................................. .............................. 42 5.1 变焦透镜...................................................................... ................................................. 42 5.2 设罝系统参数 ..................................................................... .......................................... 42 5.3 初始透镜参数 ............................................................................................................... 43 5.4 设罝视场角 ..................................................................... .............................................. 44 5.5 设罝波长...................................................................... ................................................. 44 5.6 定义多组态透镜 ..................................................................... ...................................... 45 5.7 键入多组态参数 ..................................................................... ...................................... 46 5.8 设罝多组态变数 ..................................................................... ...................................... 46 5.9 建立多组态绩效函数...................................................................... .............................. 47 5.10 增加限制条件 ..................................................................... ........................................ 48 5.11 设罝透镜尺寸 ..................................................................... ........................................ 48 5.12 运行优化 ..................................................................... ................................................ 49 5.13 评估系统性能 ..................................................................... ........................................ 50 例子6 公差(Tolerancing) .......................................................... ............................................. 51 6.1 概论 .............................................................................................................................. 51 6.2 公差 ..................................................................... (52)2 / 876.3 误差来源...................................................................... ................................................. 52 6.4 设罝公差...................................................................... ................................................. 53 6.5 公差操作数 ..................................................................... .............................................. 53 6.6 双透镜的公差分析 ..................................................................... .................................. 54 6.7 制造与组装公差 ..................................................................... ...................................... 55 6.8 误差描述...................................................................... ................................................. 56 6.9 灵敏度分析 ..................................................................... .............................................. 57 6.10 初步公差分析 ..................................................................... ........................................ 57 6.11 公差分析结果 ..................................................................... ........................................ 58 6.12 统计分析 ..................................................................................................................... 58 6.13 反灵敏度分析 ..................................................................... ........................................ 59 6.14 个别分析视场角/组态 ..................................................................... ........................... 60 6.15 限制公差范围 ..................................................................... ........................................ 60 6.16 设罝限制条件 ..................................................................... ........................................ 61 6.17 修正公差范围 ..................................................................... ........................................ 61 6.18 蒙地卡罗分析 ..................................................................... ........................................ 62 6.19 蒙地卡罗统计 ..................................................................... ........................................ 62 6.20 进一步分析 ..................................................................... ............................................ 63 例子7 混合式非序列 (NSC withPorts) ................................................................. ................. 63 7.1 混合式非序列 ..................................................................... .......................................... 63 7.2 例子,混合式非序列...................................................................... .............................. 64 7.3 出口埠 ..................................................................... ..................................................... 67 7.4非序列组件 ..................................................................... ............................................... 68 7.5 对象属性...................................................................... ................................................. 68 7.6 非序列性透镜对象 ..................................................................... .................................. 69 7.7 复制对象...................................................................... ................................................. 70 7.8 定义多焦透镜 ..................................................................... .......................................... 70 7.9 表面折射...................................................................... ................................................. 70 7.10 空气透镜 ..................................................................... ................................................ 71 7.11 调整焦距参数 ..................................................................... ........................................ 72 7.12 多焦透镜 ..................................................................... ................................................ 72 7.13 运行优化 ..................................................................... ................................................ 73 7.14 带状优化 ..................................................................... ................................................ 74 7.15 目标局部 ..................................................................... ................................................ 76 7.16 光线目标 ..................................................................... ................................................ 77 7.17 系统性能 ..................................................................... ................................................ 78 7.18 运行影像分析性能之优化 ..................................................................... ..................... 78 7.19 设罝变数 ..................................................................... (79)3 / 877.20 最终设计 ..................................................................... ................................................ 80 例子8 物理光学传播(Physical OpticsPropagation) ........................................................... ... 81 8.1 物理光学传播 ..................................................................... .......................................... 81 8.2 定义光线...................................................................... ................................................. 83 8.3 设罝显示参数 ..................................................................... .......................................... 85 8.4 一阶局部...................................................................... ................................................. 85 8.5 其它局部...................................................................... ................................................. 86 8.6 辐射照度分布 ..................................................................... (86)4 / 87例子1 单透镜 (Singlet)1.1 单透镜这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range)，并且进行优化。
如何在Zemax下模拟单模光纤的光束耦合本文描述了一种商用的光纤耦合器，系统使用SUSS MicroOptics FC-Q-250微透镜阵列来耦合两根康宁（Corning）SMF-28e光纤。
如下图所示：供应商提供的上述元件的参数如下：单模光纤，康宁SMF-28e数值孔径0.14纤芯直径8.3μm模场直径@1.31μm 9.2±0.4μm微透镜阵列，SUSS MicroOptics SMO39920基片材料熔融石英基片厚度0.9mm内部透过率>0.99透镜直径240μm透镜节距250μm曲率半径330μm圆锥常数（Conic constant）0数值孔径0.17附件中的文件single mode coupler.zmx 是整个系统的Zemax文件。
请注意一下几点：物面到透镜的距离和透镜到像面的距离设定为0.1mm，是因为这比较接近实际情况。
后面经过优化过程时候，这个尺寸还会发生变化；透镜到像面的距离使用了Pick-up solve，以确保和前面的物面到透镜的距离之间相等。
既然两组透镜和光纤之间是完全一致的（在制造公差之内），因而整个系统也就应该是空间反演对称和轴对称的（either way round）；两个透镜之间的距离设定为2mm，因为这个是实验中使用的数据。
同样地，这个距离后面也将会被严格的优化；系统孔径光阑设定为根据光阑尺寸浮动（float by stop size），而光阑设定在第一个透镜的后表面。
这就意味着系统的孔径光阑由透镜的实际孔径决定。
因而光纤的模式在这个系统中传输的过程中，就有可能受限于透镜的实际孔径。
在这个例子中，光纤的模式要比透镜的实际孔径小很多。
当心“数值孔径”的多种不同定义。
它有可能指的是边缘光束倾角的正弦值，有可能是光强降低到1/e2时的光束倾角的正弦值（我们将会看到Zemax会在不同的场合使用这两种定义），也有可能定义为光强降到1%峰值强度时光束倾角的正弦值，康宁便使用这种定义。
这些非常重要！孔径上定义了高斯切趾（Gaussian apodization），用来产生光束的高斯分布。
当前这只是一种近似，后面将会做进一步的精确的计算。
透镜孔径的大部分区域是衍射受限的光学质量的，并且被光纤模式照射到的区域是衍射受限的。
使用旁轴高斯光束计算GBPS旁轴高斯光束算法是最简单可以用来分析光纤耦合的分析方法。
不过，这种方法只能获得对系统性能初步的了解。
根据康宁的产品参数表，光纤在1.31μm波长下的模场直径为9.2±0.4μm。
因此，我们按照下图所示的情形设置旁轴高斯光束计算（Analysis>Physical Optics>Paraxial Gaussian Beam）：图中光束的束腰直径Waist总是相对于表面1来计算的，在本例中它和物面出于同一个位置。
因此，高斯光束的束腰直径4.6μm就位于源光纤的位置。
光束然后传输经过光学系统。
从上图我们可以看出表面3上的1/e2光束直径是65μm，而表面4是70μm。
这些表面的实际的物理半口径为120μm。
也就是说大约两个光束直径以外的光将会被阻隔掉。
另外需要注意的是像面并非位于光束最佳聚焦聚焦点处：像面处光斑的大小为5.3μm，而其实根据系统的对称性的假定，高斯束腰直径应该是4.6μm。
我们将会优化表面1的厚度（同时也会通过Pick-up solve来控制表面5的厚度）来改进这些。
请注意表面5的厚度是通过Pick-up solve来控制的，因为我们希望系统倒过来使用时也能得到同样的耦合效果：我们使用了完全相同的两组光纤和透镜（在制造公差范围内），因而我们期望最好的系统是输入输出互易的。
Zemax中有一项优化操作数（operand）GBPS，指的是旁轴高斯光束尺寸，可以用来优化光纤和耦合镜头之间的距离。
根据系统的上述对称性，我们知道，高斯光束束腰的最佳尺寸是4.6μm，因此，优化函数就只有简单的一行，如下图：优化后给出的光纤到透镜之间的距离为0.117mm，下面是相应的旁轴高斯光束的数据：上述便是旁轴高斯光束计算所能给我们提供的信息。
相关的Zemax文件为after Gaussian optimization.zmx。
返回目录使用单模光纤耦合计算单模光纤耦合计算方法（位于Analysis>Calculations>Fiber Coupling Efficiency）提供了更加有力的用来分析具有高斯分布的光纤模式的能力。
它会执行两种计算：能量传输计算（energy transport calculation）和模式匹配计算（mode matching calculation）。
系统效率（system efficiency：S）是用通过入瞳（entrance pupil）的所有光能量，并且考虑了渐晕（vignetting）和偏振光传输情况下，经过系统之后的能量的总和除以从光纤辐射的所有能量得到的：这里Fs(x,y)指的是源光纤的振幅函数，分子是仅在光学系统的入瞳处的积分，而t(x,y)是光学系统的振幅传输函数。
传输过程受到体吸收和光学镀膜（打开偏振传输的情况下）的影响。
光学系统中的像差所引起的位相差也会影响光纤的耦合效率。
当向接收光纤传输的汇聚波前的各个点上的模式完全和光纤的模式（包括振幅和位相）想匹配的时候，耦合效率达到最大。
它的数学描述是通过光纤和波前振幅之间的重叠积分（overlap integral）来定义的：这里Fr(x,y)用来描述接收光纤复振幅函数，W(x,y)是光学系统出瞳处的波前的复振幅函数，而符号' 代表了复数共轭操作。
注意这些函数都是复数形式的，因而这个表达式是相干重叠积分。
T的最大值为1.0，并且随着光纤的振幅和位相和波前振幅位相之间的失配的增加而降低。
Zemax会计算上述的S和T的值。
总的功率耦合效率也是从这些数据得来的。
Zemax也会计算理论上的最大耦合效率，这个计算是在忽略了像差但是考虑模式的渐晕、传输和其他振幅失配因素之后得来的。
在计算中，源光纤模式和接收光纤模式是通过高斯光束的数值孔径NA（定义为物方或者像方的介质折射率和光束上功率降到1/e2处的半张角的正弦的乘积）这个角度可以通过下面两种方法计算获得：通过高斯光束计算得来的发散角，使用模场直径来定义光束束腰直径（参见本文前面的计算）；根据康宁产品参数表中提供的1%功率处的NA计算得到1/e2处的数值孔径。
通常，NA大约为0.09，因此耦合效率的计算设置如下图所示：得到的计算结果如下：我们也可以一行优化函数来优化系统的耦合效率，该操作数为FICL：经过几个优化循环之后，光纤到透镜的距离变成了0.11mm（而在旁轴高斯光束计算中为0.117），详细的结果如下：注意一下几点：系统耦合效率（system efficiency）并未显著改变，因为这主要是由表面的孔径和模式尺寸决定的，而轻微的离焦对其的影响并不大；接收端耦合效率（Receiver efficiency）得到了提升，因为重新聚焦使得源光纤模式在经过系统传输之后更好地和接收光纤的模式匹配；最大耦合效率（maximum efficiency）可以通过述方法得到下提升：增加非球面，增加额外的表面等等。
本例中，这个耦合效率基本达到了极限。
本节使用的zemax源文件为after FICL optimization.zmx返回目录使用物理光学计算（Using the phsical optics calculation）运用物理光学传输算法可以极大的扩展单模光纤耦合计算。
类似地，耦合效率依然使用重叠积分进行计算，但采用POP有以下几点好处：可以定义任何复杂模式，而不仅限于高斯模式；当已知接收光纤的模式时，光纤耦合重叠积分可以在任何一个表面上计算，这包括当不仅限于代表光纤的表面；外部程序，比如光束传输（Beam Propagation和时域有限差分方法（Finite-Difference-Time Domain）代码，通过.zbf 文件格式或者DLL接口，可用来计算光纤（或者任何集成光学元件）的模式结构，并且可以将其表达成合适的复杂振幅分布函数的形式。
关于这一点，可以参看这篇文章；由于光束通过孔径传输的衍射效应或者远距离传输产生的衍射效应也可以得到准确的模拟。
POP计算可以通过以下窗口设置，点击Analysis>PhysicalOptics>PhysicalOptics Propagation打开设置窗口：以上设置了表面1上的束腰半口径为4.6μm的高斯模式，并且经过系统传输至像面，在像面上我们使用完全相同的模式来计算重叠积分。
在光束的参数设置表中，我们采用了256×256的采样率，然后需要点击Auto按钮来设定合适的起始矩阵；物理光学窗口中关于光纤耦合的报告，可以参看下图中红色框选区域。
优化函数编辑器中的POPD 操作数可以给出所有的物理光学数据，这通常是更有用一些。
具体的关于POPD操作数的叙述可以参考用户手册中的优化那一章。
POPD操作数直接调用先前保存的POP Analysis窗口中的设置，因此，在优化之前先要去设置一下这些参数。
POPD数据（通过优化函数得到）描述Description 数值0 Total Fiber Coupling 0.9941 System Efficiency 0.9982 Receiver Efficiency 0.99610 Pilot Beam Waist 4.57μm23 Effective Beam Width 4.84μm26 M2 1.082位相是你需要关注的最有用的信息，因为Irradiance Profile几乎是理想的高斯形（M2为1.082）。
接收端的模式实际上在每个地方都几乎为零，因此位相也直接告诉我们模式失配的程度。
要显示位相信息，打开POP设置窗口的显示（Display）那一栏，按照下图所示的方式设置：注意位相图的抛物线和四次曲线的形状，这等价于聚焦和球差。
另外也要注意透镜边缘对位相曲线产生的影响。
根据系统的效率（System efficiency），我们知道由于透镜外相尺寸的限制，系统约有小于1%的能量损耗。
如果我们进一步对光纤耦合效率进行优化（记住光纤和透镜的距离是唯一的变量），我们可以得到少量的提升：光纤耦合效率并未得到显著提升，这是因为位相差产生的位置对应的能量非常低：{上图可以通过下述方法得到：从POP窗口中输出cross-section形式的irradiance图，然后克隆它（windows>clone），然后将克隆后的窗口设置成显示位相，而非光强，介质在windows菜单中选择overlay...将这两个曲线重叠成上图的样子。
