物理光学传播 （POP） 在 Zemax 中用于模拟衍射、干涉和波前效应显著的系统中的光场传播。与将光简化为光线的几何光线追踪不同，POP 考虑了光的全波性质。这对于激光束传播、光纤耦合和衍射光学等建模应用至关重要。下图显示了一个典型的 POP 方案，它揭示了激光传播不同位置的高斯光束波布局。
在 Zemax 中使用 POP 进行光纤耦合涉及模拟激光束如何通过自由空间和光学元件（如透镜或准直器）传播，然后耦合到光纤中。下图显示了物理光学器件如何在光纤耦合过程中传导激光模式。下图显示了光耦合到多模或单模光纤中的示意图（左）。多模光纤中的发射条件导致光纤过充（右上）和充填不足（右下）。
为了实现最佳耦合效率，聚焦光束（通常是激光器）的特性必须与光纤的参数保持一致。一般规则是：
- 聚焦光斑尺寸应与光纤的纤芯直径相当。
- 聚焦光束应精确地以纤芯为中心。
- 入射光束的锥角不应超过光纤的数值孔径 （NA）。
条件 （1） 和 （2） 显示在图 1 的左侧，而条件 （3） 显示在右侧。多模光纤具有较大的纤芯直径，可以更轻松地满足前两个条件，通过将耦合透镜与光纤的 NA 匹配来实现良好的耦合效率。然而，由于单模光纤的纤芯直径较小，因此耦合到单模光纤中更具挑战性。在单模光纤中实现高效耦合需要额外的光机械元件，以实现聚焦光束的亚微米定位。此外，入射激光束的模式必须与光纤的模式匹配，这意味着耦合效率由输入激光器的高斯模式与光纤的近高斯基模之间的重叠积分决定。
下面的示例演示了使用 POP 优化纤维耦合的分析步骤。输出和输入光纤尖端的布局如下所示。
在 Zemax 中使用 POP 进行光纤耦合涉及模拟激光束如何通过自由空间和光学元件（如透镜或准直器）传播，然后耦合到光纤中。下图显示了物理光学器件如何在光纤耦合过程中传导激光模式。下图显示了光耦合到多模或单模光纤中的示意图（左）。多模光纤中的发射条件导致光纤过充（右上）和充填不足（右下）。
为了实现最佳耦合效率，聚焦光束（通常是激光器）的特性必须与光纤的参数保持一致。一般规则是：
- 聚焦光斑尺寸应与光纤的纤芯直径相当。
- 聚焦光束应精确地以纤芯为中心。
- 入射光束的锥角不应超过光纤的数值孔径 （NA）。
条件 （1） 和 （2） 显示在图 1 的左侧，而条件 （3） 显示在右侧。多模光纤具有较大的纤芯直径，可以更轻松地满足前两个条件，通过将耦合透镜与光纤的 NA 匹配来实现良好的耦合效率。然而，由于单模光纤的纤芯直径较小，因此耦合到单模光纤中更具挑战性。在单模光纤中实现高效耦合需要额外的光机械元件，以实现聚焦光束的亚微米定位。此外，入射激光束的模式必须与光纤的模式匹配，这意味着耦合效率由输入激光器的高斯模式与光纤的近高斯基模之间的重叠积分决定。
下面的示例演示了使用 POP 优化纤维耦合的分析步骤。输出和输入光纤尖端的布局如下所示。
在 POP 设置中，入射面之前的 X 和 Y 腰围尺寸均设置为以下 0.0046 毫米。X 和 Y 采样设置为 256。单击"自动"时，将计算 X 和 Y 宽度，如下图 0.13 mm 所示。
Display 选项卡请求图像平面上相位分布的 Cross-X 剖面视图。该列显示整个图像的中心。
Fiber Data 设置从曲面 1 的腰部 X 和 Y 的传播。POP 窗口显示光纤耦合结果，如屏幕截图所示。在评价函数中，POPD 操作数在评价函数编辑器中提供所有物理光学数据，使其在许多情况下成为更有用的参考。
在评价函数编辑器 （MFE） 中，前三个 POPD 操作数分别产生耦合效率 （data=0）、系统效率 （data=1） 和接收器效率 （data=2）。接下来的四个 POPD 操作数输出束腰大小 （data=10）、光束半径大小 （data=23） 和 M2 值 （data=26）。除第一个 POPD 命令权重外，其他 5 个 POPD 命令权重设置为 0。
在这里，我们优化系统以在命令 2 中获得最佳耦合效率。从 POP 窗口，最佳耦合也可以读取为 0.993780。从下面的相移图和文本中的数字来看，最大相移为 1.2352E-1 rad。
可以启动一个通用图来绘制光纤尖端的距离与耦合效率的关系（Data=0 @ POPD）。从曲线上看，峰值位于表面 3 的厚度处等于 2 mm。
