光纤合束器是在熔融拉锥光纤束(Taper Fused Fiber Bundle,TFB)的基础上制备的光纤器件。它是将一束光纤剥去涂覆层,然后以一定方式排列在一起,在高温中加热使之熔化,同时向相反方向拉伸光纤束,光纤加热区域熔融成为熔锥光纤束。从锥腰切断后,将锥区输出端与一根输出光纤熔接。TFB 最初的提出是将泵浦光纤和信号光纤熔锥合束到一根双包层增益光纤中,应用在高功率掺饵光纤放大器(EDFA)上。在后来的发展中,这种全光纤的合束器有了多种形变。
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。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(也称单模-多模光纤合束器)。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(也称多模-多模光纤合束器)。光纤合束器按照其构成方式又可以分成两类,不包含信号光纤的 N1 光纤合束器和包含信号光纤的(N 1)光纤合束器。
光纤合束器的 N 根输入光纤是相同的,这种器件主要用在光纤激光器系统中。光纤合束器既可以用作泵浦合束,也可以用作功率合束。如果 N1 光纤合束器的 N 路输入光纤与多个泵浦源相连,用来提高多模泵浦光输入功率,则是泵浦合束器;如果 N 路输入光纤与激光器连接,用来提高激光合成功率,则是功率合束器。和 N1 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 根多模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,这种光纤合束器主要用于光纤放大器。
光纤合束器在光纤激光系统中的应用
通过改变光纤合束器的输入光纤类型,就可以实现不同功能的合束器。光纤合束器在拉锥前输入光纤端面排布示意图,图中的普通光纤可以是多模光纤,也可以是单模光纤,还可以是大模场光纤等。