一文了解光纤合束器

光纤合束器是一种光纤连接器件，其通过光纤精密熔接技术，使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中，并使由于其介入光路而对系统造成的影响减到最小。光纤合束器是光纤激光器系统中的重要元器件，它的好坏不仅直接决定着光纤激光器功率的高低和光束质量的优劣，还是激光器安全稳定工作的重要保证。

01 光纤合束器的分类

根据使用功能分类，光纤合束器可以分为两大类：功率合束器和泵浦合束器。

(1)泵浦合束器主要是将多路泵浦光合束到一根光纤中输出，主要用来提高泵浦功
率。

(2)功率合束器就是将多路单模激光合束到一根光纤中输出，用来提高激光的输出功率。

泵浦合束器

功率合束器

根据构成方式分类，光纤合束器又可以分成两类：不包含信号光纤的 N×1 光纤合束器和包含信号光纤的 (N+1)×1 光纤合束器。和 N×1 光纤合束器不同，(N+1)×1 光纤合束器中心的一根光纤是信号光纤。在制作过程中，N 根光纤必须紧密对称地排列信号光纤周围，中间的信号光纤用于信号光的输入。

N×1合束器既有功率合束器，又有泵浦合束器，其功能的不同取决于N路输入光纤的型号，若N路光纤均为单模光纤或大模场光纤，则可以直接与N个激光器相连，用于提高激光的输出功率，即为功率合束器；若N路光纤均为多模光纤，则与N个泵浦源相连，用于提高激光器的泵浦功率，即为泵浦合束器。

▲ N×1 光纤合束器

(N+1)×1合束器均为泵浦合束器，主要用于光纤放大系统中。该合束器中间的单模光纤为信号光纤，用于信号光的传输，环绕在其周围的 N 路多模光纤为泵浦光纤，用于泵浦光的传输。这种合束器通常用于MOPA结构。

▲ (N+1)×1 光纤合束器

02 侧面泵浦合束器和端面泵浦合束器

侧面泵浦合束器中心为信号光纤，纤芯为单模或准单模波导用于传输激光，外围六根光纤为泵浦光纤，用于传输泵浦光。七根光纤整齐排列后熔融拉细并与输出双包层光纤熔接。

▲ 端面泵浦合束器光纤合束器

侧泵合束器与端泵合束器不同的是，侧泵合束器的泵浦光纤被拉细后贴合到信号光纤的包层上，而信号光纤并未熔拉变细。因此侧泵合束器信号传输从原理上要优于端泵合束器。

▲ 侧面泵浦光纤合束器

03 合束器的制作

功率合束器的基本结构主要包括三个部分：输入光纤、熔锥光纤束和输出光纤。

▲ 功率合束器基本结构

首先，为了使光纤束熔融拉锥后能够与输出光纤很好地熔接，必须要求光纤束的横截面为圆形，并且泵浦光纤按照一定的几何方式紧密排列，通常光纤是按照正六边形的方式紧密排列。制作过程中，首先将输入光纤组束，然后再对组束的输入光纤束进行熔融拉锥形成熔锥光纤束，然后再熔锥光纤束的锥腰部分对其切割，并与输出光纤熔接一起。最后设计出一种合适的封装和散热结构，以确保合束器能够长时间稳定工作。通常会使用导热率高的金属铜或铝作为封装和散热的壳体，必要时还会在金属封装上设计水冷结构。

光纤激光器以熔接来实现光纤器件的连接。为了激光器能够实现更高功率的指标，优质的光纤熔接是非常重要的。在熔接光纤过程中，不可避免地会产生损耗，这些损耗将在激光器运行过程中不断累积光和热，进而可能导致光束质量出现劣化或者光学器件发生损毁。

光惠激光采用独特的熔接点热管理技术，攻克了高功率的热平衡技术难题，并通过充分的热管理模拟优化、创新性的水冷设计，可以保证激光器的长期稳定运行。

作者：光惠HTH登陆入口网页工程师顾佳星

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