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光纖合束器是一種光纖連接器件，其通過光纖精密熔接技術(shù)，使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中，并使由于其介入光路而對系統(tǒng)造成的影響減到最小。光纖合束器是光纖激光器系統(tǒng)中的重要元器件，它的好壞不僅直接決定著光纖激光器功率的高低和光束質(zhì)量的優(yōu)劣，還是激光器安全穩(wěn)定工作的重要保證。

01 光纖合束器的分類

根據(jù)使用功能分類，光纖合束器可以分為兩大類：功率合束器和泵浦合束器。

(1)泵浦合束器主要是將多路泵浦光合束到一根光纖中輸出，主要用來提高泵浦功
率。

(2)功率合束器就是將多路單模激光合束到一根光纖中輸出，用來提高激光的輸出功率。

泵浦合束器

功率合束器

根據(jù)構(gòu)成方式分類，光纖合束器又可以分成兩類：不包含信號光纖的 N×1 光纖合束器和包含信號光纖的 (N+1)×1 光纖合束器。和 N×1 光纖合束器不同，(N+1)×1 光纖合束器中心的一根光纖是信號光纖。在制作過程中，N 根光纖必須緊密對稱地排列信號光纖周圍，中間的信號光纖用于信號光的輸入。

N×1合束器既有功率合束器，又有泵浦合束器，其功能的不同取決于N路輸入光纖的型號，若N路光纖均為單模光纖或大模場光纖，則可以直接與N個激光器相連，用于提高激光的輸出功率，即為功率合束器；若N路光纖均為多模光纖，則與N個泵浦源相連，用于提高激光器的泵浦功率，即為泵浦合束器。

▲ N×1 光纖合束器

(N+1)×1合束器均為泵浦合束器，主要用于光纖放大系統(tǒng)中。該合束器中間的單模光纖為信號光纖，用于信號光的傳輸，環(huán)繞在其周圍的 N 路多模光纖為泵浦光纖，用于泵浦光的傳輸。這種合束器通常用于MOPA結(jié)構(gòu)。

▲ (N+1)×1 光纖合束器

02 側(cè)面泵浦合束器和端面泵浦合束器

側(cè)面泵浦合束器中心為信號光纖，纖芯為單?；驕?zhǔn)單模波導(dǎo)用于傳輸激光，外圍六根光纖為泵浦光纖，用于傳輸泵浦光。七根光纖整齊排列后熔融拉細(xì)并與輸出雙包層光纖熔接。

▲ 端面泵浦合束器光纖合束器

側(cè)泵合束器與端泵合束器不同的是，側(cè)泵合束器的泵浦光纖被拉細(xì)后貼合到信號光纖的包層上，而信號光纖并未熔拉變細(xì)。因此側(cè)泵合束器信號傳輸從原理上要優(yōu)于端泵合束器。

▲ 側(cè)面泵浦光纖合束器

03 合束器的制作

功率合束器的基本結(jié)構(gòu)主要包括三個部分：輸入光纖、熔錐光纖束和輸出光纖。

▲ 功率合束器基本結(jié)構(gòu)

首先，為了使光纖束熔融拉錐后能夠與輸出光纖很好地熔接，必須要求光纖束的橫截面為圓形，并且泵浦光纖按照一定的幾何方式緊密排列，通常光纖是按照正六邊形的方式緊密排列。制作過程中，首先將輸入光纖組束，然后再對組束的輸入光纖束進行熔融拉錐形成熔錐光纖束，然后再熔錐光纖束的錐腰部分對其切割，并與輸出光纖熔接一起。最后設(shè)計出一種合適的封裝和散熱結(jié)構(gòu)，以確保合束器能夠長時間穩(wěn)定工作。通常會使用導(dǎo)熱率高的金屬銅或鋁作為封裝和散熱的殼體，必要時還會在金屬封裝上設(shè)計水冷結(jié)構(gòu)。

光纖激光器以熔接來實現(xiàn)光纖器件的連接。為了激光器能夠?qū)崿F(xiàn)更高功率的指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)的光纖熔接是非常重要的。在熔接光纖過程中，不可避免地會產(chǎn)生損耗，這些損耗將在激光器運行過程中不斷累積光和熱，進而可能導(dǎo)致光束質(zhì)量出現(xiàn)劣化或者光學(xué)器件發(fā)生損毀。

光惠激光采用獨特的熔接點熱管理技術(shù)，攻克了高功率的熱平衡技術(shù)難題，并通過充分的熱管理模擬優(yōu)化、創(chuàng)新性的水冷設(shè)計，可以保證激光器的長期穩(wěn)定運行。

作者：光惠激光應(yīng)用工程師顧佳星

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